CN104028562A - 一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法 - Google Patents

Abstract

一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，属于有色金属材料加工技术领域，按以下步骤进行：（1）根据镁合金板坯拟测温位置，在板坯铸模中的相应位置固定测温电偶；（2）向对开式板坯浇铸模内浇注精炼后的镁合金熔体，制成镶铸有测温电偶的铸坯；取出经均匀化处理和表面铣切后获得待轧制板坯；（3）将待轧制板坯置于设有辊道的加热炉中，将测温电偶与加热炉外的温度数据记录仪连接，温度数据记录仪与温度数据分析系统连接；轧制时实时检测并存储待轧制板坯的温度变化，获得温度－时间曲线。本发明达到了快速和准确测温的效果；易于捕捉到高速变形时坯料温度的变化行程；简化了试验操作，减少了人为操作的影响。

Description

一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法

技术领域

本发明属于有色金属材料加工技术领域，特别涉及一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法。

背景技术

镁合金具有比强度和比刚度高等优点，是重要的轻质结构材料。其产品广泛应用于航空航天、汽车以及军工等领域。镁合金轧制是镁合金成形的最重要生产方式。然而，由于镁合金的晶体结构为密排六方结构，塑形变形能力较差，因此，镁合金塑性变形一般都要在加热到250℃以上进行热变形。

镁合金板材轧制无论在开坯轧制还是薄板精轧，不仅要热轧，而且还要对轧辊进行加热，方可实现顺利轧制，即镁合金轧制过程的坯料和轧辊温度控制是十分重要的技术措施。另一方面，金属材料塑性变形时大部分能量都转化为了热量，又会使变形材料产生温升，而温升又反过来影响塑性变形以及再结晶行为。实践表明，镁合金由于体积比热小和导热系数低（分别约为铝合金的70%和60%）的特点，可以想象其变形热引起的温升比铝合金材料大得多。不过，有关镁合金轧制变形具体的温升是多少并没有可靠的检测数据。

目前变形热引起的温升主要通过理论公式计算来估计，实际上，镁合金轧制不仅因坯料变形产生变形热，而且也同时向变形工具(轧辊等)以及周围介质传热，即镁合金轧制温升不仅与合金材料的种类有关，还与轧制工艺制度以及轧机等实际工况直接相关，要具体问题具体分析，这就需要准确知道具体的轧制过程，难以采用通用的方法来准确估计。因此，对特定镁合金进行特定轧制过程的温度实际变化进行准确检测，将对轧制工艺制度的优化与调整起到重要指导意义。然而，对镁合金形变热所致温升的直接检测受限于检测技术而难以获得准确结果。

发明内容

针对现有镁合金材料轧制过程中对温度变化监测技术存在的上述问题，本发明提供一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，将测温电偶镶铸于镁合金铸锭中预定的测温位置，进行轧制时将镶铸的测温电偶与记录仪连接，对轧制过程中的温度变化进行实时测量，快速而准确的测试所有镁合金轧制制度与工况下变形热导致的板坯不同位置的温度变化情况。

本发明的测量镁合金轧制过程中温度变化的方法按以下步骤进行：

1、根据镁合金板坯拟测温位置，在板坯铸模中的相应位置固定测温电偶；固定方法为：采用对开式板坯浇铸模，在对开式板坯浇铸模的浇注口上固定一个支架，将金属丝的一端固定在支架上，金属丝的另一端固定在对开式板坯浇铸模的内壁上；在对开式板坯浇铸模的侧壁上开设电偶孔，将测温电偶穿过电偶孔，测温电偶的一端缠绕固定在金属丝上，另一端留在对开式板坯浇铸模外；将电偶孔封闭；

2、向对开式板坯浇铸模内浇注精炼后的镁合金熔体，制成镶铸有测温电偶的铸坯；将铸坯连通测温电偶从对开式板坯浇铸模中取出，经均匀化处理和表面铣切后获得待轧制板坯；

3、将待轧制板坯置于设有辊道的加热炉中，关闭加热炉炉门，并将测温电偶与加热炉外的温度数据记录仪连接，温度数据记录仪与温度数据分析系统连接；当待轧制板坯被加热至预定的轧制温度，开启炉门并启动辊道，将待轧制板坯传送到轧机中进行轧制；轧制时由温度数据记录仪和温度数据分析系统实时检测并存储待轧制板坯不同部位的温度变化，并获得从待轧制板坯加热开始和轧制过程以及轧后整个过程中的温度－时间曲线。

上述方法中，浇注镁合金熔体时的浇注温度为660~750℃。

上述方法中，进行轧制时的道次变形量为5~85%，轧制速度在5~300m/min。

上述方法中，采用的浇铸装置包括对开式板坯浇铸模，支架和金属丝；对开式板坯浇铸模的侧壁上开设电偶孔，对开式板坯浇铸模的浇注口上固定一个支架，将金属丝的一端固定在支架上，金属丝的另一端固定在对开式板坯浇铸模的内壁上。

上述方法中，采用的轧制温度检测装置包括设有辊道的加热炉，温度数据记录仪、温度数据分析系统和轧机；设有辊道的加热炉位于轧机的进口一侧并靠近轧机；温度数据记录仪和温度数据分析系统位于轧机的出口一侧；进行轧制时测温电偶穿过辊缝与温度数据记录仪连接。

上述方法中，在轧机出口处的辊缝下方设有隔热板，隔热板选用硅酸铝板。

上述方法中，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上，保证轧板不因平台导热而增加额外的热量丧失。

上述的测温电偶选用直径0.3±0.01mm，温度误差≤0.3℃的高精度测温电偶。

上述方法中，选用温度误差≤0.5℃，最小采集步长在0.001s~0.01s的温度记录仪。

上述的金属丝为铜丝、铁丝或铝丝；直径在0.5~1mm。

本发明的方法采用将测温电偶预先设置在铸模内，浇注后获得带有测温电偶的铸坯；将加热炉设置在靠近轧机处，加热后将待轧制板坯通过辊道快速移出加热炉并进入轧辊进行轧制，保证了待轧制板坯温度的准确性（实测表明，待轧制板坯轧前热损失小于1%）；设置在轧机出口处的隔热板可以保证轧制后板坯不因平台导热而增加额外的热量丧失，从而保证温度检测的稳定性与准确性。

与现有方法相比，本发明的特点和有益效果是：

(1)铸造的方法通过在待轧制板坯中镶铸测温电偶，使电偶与待轧制板坯测温点之间实现无间隙结合，避免了通过在坯料上钻孔插入并固定电偶的孔隙对变形行为的影响以及测温电偶对拟检测部位温度变化感知灵敏度的影响，从而达到快速和准确测温的效果；

(2)采用的测温电偶为高精度测温电偶，显著提高了热电偶对坯料温度变化的感知速度，更易于捕捉到高速变形时坯料温度的变化行程；

(3)通过加热炉与轧辊之间的紧邻设置以及加热炉中的辊道设置，显著减少了待轧制板坯由加热炉进入轧辊所需要的时间，显著降低了待轧制板坯的温降，待轧制板坯轧前热损失极小，提高了待轧制板坯轧制初始温度的均匀性与准确性，提高了待轧制板坯温升检测的可靠性，并简化了试验操作，减少了人为操作的影响；

(4)通过在轧机出口处配制隔热板，可保证轧制后板料不因平台导热而增加额外的热量丧失，从而提高轧后温度变化检测的稳定性与准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中的浇注装置结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例中的检测装置和轧机结构示意图；

图中，1、对开式板坯浇铸模，2、测温电偶，3、电偶孔，4、金属丝，5、支架；6、设有辊道的加热炉，7、轧机，8、辊道，9、炉门，10、待轧制板坯，11、温度数据记录仪，12、温度数据分析系统，13、隔热板；

图4为本发明实施例1的AZ31镁合金350℃道次压下率为5%轧辊温度为室温时的温度随时间变化曲线图；

图5为本发明实施例2的AZ31镁合金200℃道次压下率为35%轧辊温度为室温时的温度随时间变化曲线图；

图6为本发明实施例3的AZ31镁合金400℃道次压下率为17%轧辊温度为室温时的温度随时间变化曲线图；

图7为本发明实施例4的AZ31镁合金300℃道次压下率为17%轧辊温度为100℃时的温度随时间变化曲线图。

图8为本发明实施例5的AZ80镁合金300℃道次压下率为16%轧辊温度为室温时的温度随时间变化曲线图；

图9为本发明实施例6的ZK60镁合金350℃道次压下率为17%轧辊温度为室温时的温度随时间变化曲线图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的测温电偶为市购ω热电偶。

本发明实施例中采用的设有辊道的加热炉为辊道式加热炉。

本发明实施例中采用的温度数据记录仪为HIOKI数据记录仪，型号为LR8400-21、LR8401-21或LR8402-21。

本发明实施例中采用的温度数据分析系统为计算机。

本发明实施例中采用的浇铸装置结构如图1所示，俯视图如图2所示，包括对开式板坯浇铸模，支架5和三个金属丝4；对开式板坯浇铸模的侧壁上开设三个电偶孔3，对开式板坯浇铸模的浇注口上固定一个支架5，将金属丝4的一端固定在支架5上，金属丝4的另一端固定在对开式板坯浇铸模的底部内壁上。

本发明实施例中采用的金属丝为铜丝、铁丝或铝丝；直径在0.5~1mm。

本发明实施例中采用的对开式板坯浇铸模的内腔尺寸为40mm×100mm×180mm；镶铸有测温电偶的镁合金铸造板坯，经过均匀化处理和表面铣切后的厚度为30±1mm，宽度为80±1mm，长度为150±2mm；镁合金材料为AZ31、AZ80或ZK60；测温电偶为3个，把测温电偶穿过电偶孔，通过金属丝和支架准确固定在对开式板坯浇铸模上，且位于坯料厚度（H）方向的H/2、H/4和距表面2mm处的位置，且各个电偶在轧制方向上的间距约为30mm。

本发明实施例中采用的轧制温度检测装置结构如图3所示，包括设有辊道的加热炉6，温度数据记录仪11、温度数据分析系统12和轧机7；设有辊道的加热炉6位于轧机7的进口一侧并靠近轧机7；温度数据记录仪11和温度数据分析系统12位于轧机7的出口一侧；进行轧制时测温电偶2穿过辊缝与温度数据记录仪11连接。

本发明实施例中，在轧机7出口处的辊缝下方设有隔热板13，隔热板13选用硅酸铝板。

实施例1

加热熔化AZ31镁合金，在660℃浇注到浇铸装置中，制成镶铸有测温电偶的铸坯，均匀化处理制度为430℃保温10h，表面铣切后获得待轧制板坯；待轧制板坯在设有辊道的加热炉中加热至350℃并保温60min后，在轧辊直径Ф380mm且轧辊不加热的轧机中进行轧制，轧制速度在100m/min；道次压下率为5%，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上；所获得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表层附近的温度随时间的变化曲线如图4所示；图中△为H/2处温度-时间曲线，○为距表面2mm处温度-时间曲线，另一条为H/4处温度-时间曲线。

实施例2

加热熔化AZ31镁合金，在680℃浇注到浇铸装置中，制成镶铸有测温电偶的铸坯，均匀化处理制度为350℃保温24h，表面铣切后获得待轧制板坯；待轧制板坯在设有辊道的加热炉中加热至200℃并保温60min后，在轧辊直径Ф380mm且轧辊不加热的轧机中进行轧制，轧制速度在5m/min；道次压下率为35%，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上；所获得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表层附近的温度随时间的变化曲线如图5所示；图中△为H/2处温度-时间曲线，○为距表面2mm处温度-时间曲线，另一条为H/4处温度-时间曲线。

实施例3

加热熔化AZ31镁合金，在710℃浇注到浇铸装置中，制成镶铸有测温电偶的铸坯，均匀化处理制度为400℃保温12h，表面铣切后获得待轧制板坯；待轧制板坯在设有辊道的加热炉中加热至400℃并保温60min后，在轧辊直径Ф380mm且轧辊不加热的轧机中进行轧制，轧制速度在300m/min；道次压下率为17%，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上；所获得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表层附近的温度随时间的变化曲线如图6所示；图中△为H/2处温度-时间曲线，○为距表面2mm处温度-时间曲线，另一条为H/4处温度-时间曲线。

实施例4

加热熔化AZ31镁合金，在680℃浇注到浇铸装置中，制成镶铸有测温电偶的铸坯，均匀化处理制度为350℃保温24h，表面铣切后获得待轧制板坯；待轧制板坯在设有辊道的加热炉中加热至200℃并保温60min后，在轧辊直径Ф380mm且轧辊加热的轧机中进行轧制，轧制速度在100m/min；道次压下率为35%；轧辊温度为100℃，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上；所获得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表层附近的温度随时间的变化曲线如图5所示；图中△为H/2处温度-时间曲线，○为距表面2mm处温度-时间曲线，另一条为H/4处温度-时间曲线。

实施例5

加热熔化AZ80镁合金，在750℃浇注到浇铸装置中，制成镶铸有测温电偶的铸坯，均匀化处理制度为400℃保温12h，表面铣切后获得待轧制板坯；待轧制板坯在设有辊道的加热炉中加热至400℃并保温60min后，在轧辊直径Ф380mm且轧辊不加热的轧机中进行轧制，轧制速度在80m/min；道次压下率为16%，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上；所获得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表层附近的温度随时间的变化曲线如图7所示；图中△为H/2处温度-时间曲线，○为距表面2mm处温度-时间曲线，另一条为H/4处温度-时间曲线。

实施例6

加热熔化ZK60镁合金，在710℃浇注到浇铸装置中，制成镶铸有测温电偶的铸坯，均匀化处理制度为400℃保温12h，表面铣切后获得待轧制板坯；待轧制板坯在设有辊道的加热炉中加热至350℃并保温60min后，在轧辊直径Ф380mm且轧辊不加热的轧机中进行轧制，轧制速度在180m/min；道次压下率为17%，待轧制板坯经轧制后落在隔热板上；所获得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表层附近的温度随时间的变化曲线如图8所示；图中△为H/2处温度-时间曲线，○为距表面2mm处温度-时间曲线，另一条为H/4处温度-时间曲线。

Claims (6)

1.一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）根据镁合金板坯拟测温位置，在板坯铸模中的相应位置固定测温电偶；固定方法为：采用对开式板坯浇铸模，在对开式板坯浇铸模的浇注口上固定一个支架，将金属丝的一端固定在支架上，金属丝的另一端固定在对开式板坯浇铸模的内壁上；在对开式板坯浇铸模的侧壁上开设电偶孔，将测温电偶穿过电偶孔，测温电偶的一端缠绕固定在金属丝上，另一端留在对开式板坯浇铸模外；将电偶孔封闭；

（2）向对开式板坯浇铸模内浇注精炼后的镁合金熔体，制成镶铸有测温电偶的铸坯；将铸坯连通测温电偶从对开式板坯浇铸模中取出，经均匀化处理和表面铣切后获得待轧制板坯；

（3）将待轧制板坯置于设有辊道的加热炉中，关闭加热炉炉门，并将测温电偶与加热炉外的温度数据记录仪连接，温度数据记录仪与温度数据分析系统连接；当待轧制板坯被加热至预定的轧制温度，开启炉门并启动辊道，将待轧制板坯传送到轧机中进行轧制；轧制时由温度数据记录仪和温度数据分析系统实时检测并存储待轧制板坯不同部位的温度变化，并获得从待轧制板坯加热开始和轧制过程以及轧后整个过程中的温度－时间曲线。

2.根据权利要求1所述的一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，其特征在于浇注镁合金熔体时的浇注温度为660~750℃。

3.根据权利要求1所述的一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，其特征在于进行轧制时的道次变形量为5~85%，轧制速度在5~300m/min。

4.根据权利要求1所述的一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，其特征在于采用的浇铸装置包括对开式板坯浇铸模，支架和金属丝；对开式板坯浇铸模的侧壁上开设电偶孔，对开式板坯浇铸模的浇注口上固定一个支架，将金属丝的一端固定在支架上，金属丝的另一端固定在对开式板坯浇铸模的内壁上。

5.根据权利要求1所述的一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，其特征在于采用的轧制温度检测装置包括设有辊道的加热炉，温度数据记录仪、温度数据分析系统和轧机；设有辊道的加热炉位于轧机的进口一侧并靠近轧机；温度数据记录仪和温度数据分析系统位于轧机的出口一侧；进行轧制时测温电偶穿过辊缝与温度数据记录仪连接。

6.根据权利要求1和5所述的一种测量镁合金轧制过程中温度变化的方法，其特征在于在轧机出口处的辊缝下方设有隔热板，隔热板选用硅酸铝板。