CN103962376A - 一种镁合金大压向量轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁合金大压向量轧制方法，该轧制方法在镁合金的上或下表面分别加入一块硬质合金衬板，或者在镁合金的上、下表面同时加入两块硬质合金衬板，加入的硬质合金衬板随镁合金一起进行同步轧制。步骤为：将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面后，同时放入加热箱中加热，待升至预设温度后静置保温一定时间，将一块硬质合金衬板置于镁合金坯料上或下表面，或将两块同时置于镁合金的上下表面，将硬质合金衬板和镁合金同时送入轧辊之间完成轧制。该方法可大大增加镁合金轧制过程中单道次压下量，减少轧制道次，细化镁合金晶粒，弱化织构，制备出高强度和高塑性的镁合金板材，本发明也适合于钛、锰以及金属基复合材料的大变形轧制过程。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高性能镁合金的轧制方法。
背景技术
镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有比强度和比刚度高、导电导热性好，兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，良好的再生回用等优点，在汽车、通讯设备、航空等领域中备受青睐。尤其在轻量化方面，具有难以替代的显著优势。然而，常用镁合金的塑性变形能力差，抗拉强度低，在很多场合限制了其应用。轧制作为镁合金板材尤其是镁合金薄板最主要的塑形加工方法之一，其技术的优劣直接关系到镁合金板材的应用前景。对于传统的轧制方法，由于其完全对称的上下辊转速、辊径和表面状况，以及在形变过程中在轧辊和镁合金之间很大的剪切应变，使得在轧制板材中会产生强烈的基面织构，从而使得板材各向异性严重，这对板材的后续加工与变形是十分不利的。本专利给出了一种轧制方法，为弱化镁合金板材织构，细化镁合金板材晶粒，提高镁合金板材性能提供了一种有效途径。同时，本发明方法也适合于其它金属材料如钛合金、锰合金以及金属基复合材料等的轧制过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、可靠，且易于推广应用的镁合金板材轧制方法，使得所制备的镁合金板材织构弱化，晶粒细化，强度和塑性提高。
本发明的技术方案是：在传统镁合金轧制技术基础上，在轧制过程中通过加入硬质合金衬板，改变镁合金形变过程中对称的应力状态，减小镁合金形变过程中剪切应变。具体包括：
一种镁合金大压向量轧制方法，该轧制方法在镁合金的上表面或下表面加入一块硬质合金衬板，或者在镁合金的上表面和下表面同时加入两块硬质合金衬板；加入的硬质合金衬板随镁合金一起进行同步轧制；硬质合金衬板与轧辊接触的表面是光滑的，与镁合金接触的表面是光滑的、具有波浪形的非光滑的或是具有球冠多点形状的非光滑的表面；
该轧制方法包括以下步骤：
(1)将高温润滑剂均匀涂抹至硬质合金衬板和镁合金的表面，将镁合金与硬质合金衬板同时放入加热箱中加热；
(2)待镁合金与硬质合金衬板的温度升温至预设温度后，静置保温5–120分钟；
(3)将一块硬质合金衬板置于镁合金坯料上表面或者下表面，或将两块硬质合金衬板同时置于镁合金的上表面和下表面，将硬质合金衬板和镁合金同时送入轧辊之间，一起进行同步轧制。
所述硬质合金衬板的硬度低于轧辊表面的硬度，且硬质合金衬板的厚度为0.5–20毫米。
步骤(2)所述预设温度为150–400摄氏度。
所述波浪形的非光滑表面的圆弧半径R1为1–25毫米，圆弧高度H1为1–10毫米，圆弧是上凸形状或下凹形状。
所述球冠多点形状的非光滑表面中球冠半径R2为1–30毫米，球冠高度H2为1–15毫米，且球冠截面积在非光滑表面积中占50–90%，球冠是向上凸起或向下凹入。
所述硬质合金衬板随镁合金一起进行同步轧制过程中的单道次压下量为5–90%；
该加入硬质合金衬板的轧制方法也适用于锌合金、钛合金、铝合金、锰合金及上述合金作为基体的金属基复合材料的大压向量轧制过程。
本发明与目前已有的技术相比具有以下特点：
本发明的目的是提供一种工艺简单、可靠，且易于推广应用的镁合金板材轧制方法，使得所制备的镁合金板材织构弱化，晶粒细化，强度和塑性提高。
(1)该轧制方法在镁合金轧制过程中可大大提高单道次压下量，减少轧制道次；单道次压下量最高可达90%；
(2)该轧制方法可显著提高镁合金板材的成品率，有效解决了镁合金板材的轧制裂边和轧制断裂问题；
(3)该轧制方法在镁合金轧制过程中可大大降低轧制温度，甚至可以实现低温大压下量轧制，如在150℃实现总压下量为80%的轧制；
(4)该轧制方法制备的镁合金板材比传统轧制的镁合金板材基面织构明显弱化，在采用多圆弧波浪形表面衬板和球冠多点形表面衬板轧制时弱化织构的效果更佳；镁合金晶粒明显细化，拉伸性能各向异性减弱；
(5)该轧制方法可以有效实现镁合金窄板宽度方向的展宽轧制，解决了挤压窄板轧制过程需要展宽的难题；
(6)该轧制方法也特别适合于其它金属材料如钛合金、锌合金、锰合金以及金属基复合材料等的大压向量轧制过程。
附图说明
图1多圆弧波浪形上凸表面衬板。
图2多圆弧波浪形下凹表面衬板。
图3球冠多点形上凸表面衬板。
图4球冠多点形下凹表面衬板。
具体实施方式
实施例一
(1)选取厚度为2.5毫米、上下表面光滑的硬质衬板一块；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至350℃后，静置保温5分钟；
(4)将衬板放置镁合金坯料下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(4)，轧制过程中镁合金坯料上下表面不翻转，共分两道次完成轧制，每道次压下量依次为60%和50%；
(6)轧制试样平均晶粒尺寸为1.3μm，屈服强度为221MPa，抗拉强度为291MPa，断裂延伸率为15%。
实施例二
(1)选取厚度为5–10毫米、上下表面光滑的硬质衬板一块；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至200–300℃后，静置保温10–30分钟；
(4)将衬板放置镁合金坯料下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(4)，每相邻道次间将镁合金坯料上下翻面送入轧辊，共分四道次完成轧制，每道次压下量依次为40%、30%、20%和10%；
(6)完成轧制。
实施例三
(1)选取厚度为1毫米、上下表面光滑的硬质衬板两块；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至350℃后，静置保温10分钟；
(4)将两块衬板分别放置于镁合金坯料上下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)一道次完成轧制，压向量为90%；
(6)轧制试样屈服强度为180MPa，抗拉强度为270MPa，断裂延伸率为22%。
实施例四
(1)选取厚度为2–5毫米、上下表面光滑的硬质衬板两块；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至200–400℃后，静置保温30–60分钟；
(4)将两块衬板分别放置于镁合金坯料上下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(4)，共分六道次完成轧制，每道次压下量均为20%；
(6)完成轧制。
实施例五
(1)选取厚度为1毫米、上下表面光滑的硬质衬板两块；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至150℃后，静置保温20分钟；
(4)将两块衬板分别放置于镁合金坯料上下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(4)，共分四道次完成轧制，每道次压下量依次为40%、30%、20%和10%；
(6)轧制试样屈服强度为300MPa，抗拉强度为320MPa，断裂延伸率为7%。
实施例六
(1)选取厚度为2毫米、上下表面光滑的硬质衬板两块；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至300℃后，静置保温10分钟；
(4)将两块衬板分别放置于镁合金坯料上下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(4)，共分三道次完成轧制，每道次压下量依次为40%、40%和20%；
(6)轧制试样屈服强度为250MPa，抗拉强度为300MPa，断裂延伸率为18%。
实施例七
(1)选取总厚度为2.5毫米、下表面光滑、上表面为多圆弧波浪形上凸表面的硬质衬板一块，多圆弧波浪形表面的圆弧半径为4毫米，圆弧高度为1.5毫米；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至350℃后，静置保温10分钟；
(4)将衬板放置镁合金坯料下表面，多圆弧波浪形表面与试样接触，衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(3)，每相邻道次将镁合金试样上下翻面送入轧辊，共分三道次完成轧制，每道次压下量均为33%；
(6)去除多圆弧波浪形衬板，将试样直接送入轧辊进行表面平整化处理；
(7)轧制试样屈服强度为238MPa，抗拉强度为340MPa，断裂延伸率为24%。
实施例八
(1)选取下表面光滑、上表面为多圆弧波浪形上凸表面和多圆弧波浪形下凹表面的硬质衬板分别一块，多圆弧波浪形表面的圆弧半径为10–20毫米，圆弧高度为3–8毫米；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至300–400℃后，静置保温20–60分钟；
(4)将两块衬板分别放置于镁合金坯料上下表面，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(3)，共分三道次完成轧制，每道次压下量依次为33%、35%和38%；
(6)去除多圆弧波浪形衬板，将试样直接送入轧辊进行表面平整化处理；
(7)完成轧制。
实施例九
(1)选取下表面光滑、上表面为球冠多点上凸表面的硬质衬板一块，球冠半径为5–10毫米，球冠高度为4–8毫米，球冠截面积在非光滑表面积中占50–80%；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至300–400℃后，静置保温30–60分钟；
(4)将衬板放置镁合金坯料下表面，球冠多点形状的非光滑表面与试样接触，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(3)，每相邻道次将镁合金试样上下翻面送入轧辊，共分三道次完成轧制，每道次压下量均为40%；
(6)去除球冠多点形状衬板，将试样直接送入轧辊进行表面平整化处理；
(7)完成轧制。
实施例十
(1)选取下表面光滑、上表面为球冠多点上凸表面和球冠多点下凹表面的硬质衬板各一块，球冠半径为5–10毫米，球冠高度为4–8毫米，球冠截面积在非光滑表面积中占50–80%；
(2)将高温润滑剂均匀涂抹至衬板和镁合金表面，将镁合金坯料与衬板同时放入加热箱中加热；
(3)待升温至300–400℃后，静置保温30–60分钟；
(4)将衬板分别放置在镁合金坯料上下表面，球冠多点形状的非光滑表面与试样接触，将衬板和坯料同时推送至轧辊入口；
(5)重复步骤(2)–(3)，每相邻道次将镁合金试样上下翻面送入轧辊，共分三道次完成轧制，每道次压下量均为40%；
(6)去除球冠多点形状衬板，将试样直接送入轧辊进行表面平整化处理；
(7)完成轧制。
Claims (7)
1.一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，该轧制方法在镁合金的上表面或下表面加入一块硬质合金衬板，或者在镁合金的上表面和下表面同时加入两块硬质合金衬板；加入的硬质合金衬板随镁合金一起进行同步轧制；硬质合金衬板与轧辊接触的表面是光滑的，与镁合金接触的表面是光滑的、具有波浪形的非光滑的或是具有球冠多点形状的非光滑的表面；
该轧制方法包括以下步骤：
(1)将高温润滑剂均匀涂抹至硬质合金衬板和镁合金的表面，将镁合金与硬质合金衬板同时放入加热箱中加热；
(2)待镁合金与硬质合金衬板的温度升温至预设温度后，静置保温5–120分钟；
(3)将一块硬质合金衬板置于镁合金坯料上表面或者下表面，或将两块硬质合金衬板同时置于镁合金的上表面和下表面，将硬质合金衬板和镁合金同时送入轧辊之间，一起进行同步轧制。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，所述硬质合金衬板的硬度低于轧辊表面的硬度，且硬质合金衬板的厚度为0.5–20毫米。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，步骤(2)所述预设温度为150–400摄氏度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，所述波浪形的非光滑表面的圆弧半径R1为1–25毫米，圆弧高度H1为1–10毫米，圆弧是上凸形状或下凹形状。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，所述球冠多点形状的非光滑表面中球冠半径R2为1–30毫米，球冠高度H2为1–15毫米，且球冠截面积在非光滑表面积中占50–90%，球冠是向上凸起或向下凹入。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，所述硬质合金衬板随镁合金一起进行同步轧制过程中的单道次压下量为5–90%。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种镁合金大压向量轧制方法，其特征在于，该加入硬质合金衬板的轧制方法也适用于锌合金、钛合金、铝合金、锰合金及上述合金作为基体的金属基复合材料的大压向量轧制过程。
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