CN104607466A - 一种高室温塑性镁合金板的热轧加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备高室温塑性镁合金板的热轧加工方法，属于金属材料塑性成形技术领域。其特征是采用两阶段轧制工序相结合的工艺对镁合金板材进行变形加工。第一阶段工序为高温下单道次大变形量的轧制，通过使镁合金材料在变形过程中发生充分的动态再结晶，细化晶粒，并形成较弱的基面织构；而第二阶段工序为低温多道次小变形量的轧制，目的是经过多道次小变形，使镁合金晶粒进一步细化，并且使基面织构有限增加，最终得到基面织构强度相对较弱，晶粒均匀细小的高室温塑性镁合金薄板。本发明采用现有的轧制加工设备和技术工艺即可实施，操作简单，成本低，适于现代工业大规模生产，且适于多种镁合金的热轧加工。

Description

一种高室温塑性镁合金板的热轧加工方法

技术领域

本发明属于金属材料塑性成形技术领域，涉及镁合金板的热轧制成形方法，尤其涉及一种制备高室温塑性镁合金板的加工方法。

背景技术

镁及镁合金密度较小，是目前最轻的结构金属材料，具有高的比强度和比刚度、高导电性，良好的电磁屏蔽性和阻尼减震性以及较好的尺寸稳定性和已回收等诸多优点，近年来广泛的应用于航空航天、国防军工、汽车制造、电子通讯和家电等领域，因此，被誉为“21世纪最具有发展前途的绿色金属材料”。由于镁合金具有密排六方晶体结构，室温下塑性变形能力较差，同时，大多数镁合金又具有较好的铸造性能，因此目前应用较多的为铸造镁合金件，尤其是压铸成型镁合金零件。然而由于铸造工艺固有的缺陷，所加工的产品形状尺寸存在一定的局限性，且容易产生组织缺陷，力学性能不够理想，已经渐渐无法满足目前对产品质量和性能的要求，极大的限制了镁合金的应用范围。而变形镁合金以其更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能，受到越来越多的关注，具有更广泛的应用前景。

常规的热挤压和轧制技术所制备的变形镁合金零件内容易形成较强烈的(0001)基面织构，各向异性严重，不利于后续的加工变形。因此，如何改善和控制材料晶粒尺寸和织构强度以提高镁合金的室温塑性变形能力，对镁合金的广泛应用具有极其重要的意义。近年来，国内外学者针对这一问题做了很多研究，总体上分为两个方向：一方面是通过在镁中添加合金元素(如Li、In及Ag等)来改变镁合金的晶体结构参数以激发材料内非基面滑移系的开动，细化晶粒，或是在镁中添加稀土元素(如Ce、Nd、Y、Er及Sc等)来改变材料的合金状态，达到细化合金晶粒的目的，从而提高镁合金的室温塑性和强度，但是对于此类工艺过程，由于操作工艺复杂，且所添加元素的量和加工工艺参数不容易控制，成本较高，不适于镁合金产品的大规模加工生产；另一方面是开发新的加工工艺，如等径角挤压/轧制、异步轧制和交叉轧制等，通过改变材料在变形过程中受力和应变特征，细化合金晶粒，弱化变形后的基面织构强度，从而提高镁合金的室温塑性变形能力，然而，对于目前所提出的新加工工艺，由于加工设备往往需要重新制备，增加了生产成本，而且加工过程比较复杂，产品形状受到一定限制，目前仅限于实验研究，同样难以在工业上得到大规模应用和产业化生产。

当镁合金在高温下轧制时，由于原子活动能力增强，非基面滑移系与基面滑移系之间的临界剪切应力差值减小，锥面和棱柱面等潜在非基面滑移系和基面滑移系同时开动，材料发生连续动态再结晶。因此，粗大的晶粒得到细化，而且此种多滑移系开动的变形机制会使板材形成较弱的基面织构。值得说明的是，由于轧制温度较高，高温轧后的再结晶晶粒与传统的热轧镁合金晶粒相比仍较为粗大，尚需进一步细化。将上述这种高温大变形量轧制后的镁合金板材进行进一步的低温轧制时，由于轧制温度和变形量较低，每道次轧制后的合金晶粒都得到细化，且基面织构强度所增加的程度较小，多道次轧制之后，镁合金板内晶粒得到充分细化。因此，经过不同阶段轧制工序的连续变形，是可以得到晶粒尺寸细小，织构强度较弱的高室温塑性镁合金板。

发明内容

本发明基于传统的轧制设备，采用两阶段轧制工序相结合的工艺对镁合金板材进行变形加工，提供一种制备高室温塑性镁合金板的热轧加工方法，该加工方法可通过细化合金晶粒，弱化材料基面织构来提高镁合金的室温塑性变形能力，操作工序简单，成本低廉，而且能够适用于工厂大批量加工生产。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种高室温塑性镁合金板的热轧加工方法，包括二个阶段，第一阶段是高温下单道次轧制，第二阶段是低温下多道次轧制。

第一阶段：轧制温度为500±30℃，轧制后使镁合金板压下量为板材厚度的50～80％，得到大变形的轧板。

第二阶段：是在第一阶段得到的大变形的轧板基础上再进行多道次轧制；轧制温度为200～300℃，第一次低温轧制的压下量为第一阶段轧板的15～30％，以后的每道次轧制是在前一道次压下量基础上再压下15～30％；各道次间的保温时间为5～15min，轧制道次依据所要求的最终板材厚度所确定。

经历上述两阶段轧制工序最终得到所需要的镁合金板。

本发明在不改变镁合金成分的条件下，利用传统的轧制技术和现有的轧制加工设备，通过轧制工艺的调整和改进，达到细化合金晶粒尺寸，弱化基面织构强度的目的，从而提高镁合金板的室温塑性。本发明步骤简单，成本低，适于现代工业大规模生产，且适于多种镁合金的热轧加工。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，其不应被理解成对本发明的限制。

实施例1

1)材料选择：AZ31镁合金的铸造板材，板材厚度为20mm；

2)均匀化处理：轧制前，将试样进行500℃/3h均匀化处理；

3)第一阶段轧制(高温热轧)

将均匀化后的镁合金板材即刻进行大变形量的轧制加工，压下量约为70％，得到厚度为～6mm的轧板；

4)第二阶段轧制(低温热轧)

将上述第一阶段热轧后的板材重新放入加热炉中加热至250℃，保温5min。之后进行多道次小变形量的低温热轧，道次压下量约为23％，道次间经250℃/5min加热处理。经过6道次热轧得到～1.2mm的镁合金板；

观察所得AZ31镁合金板的微观组织和织构，并沿板材轧制方向进行拉伸试验，得到材料的平均晶粒尺寸，基面织构强度和力学性能参数等，如表1所示。实施例2

1)材料选择

市场购得AZ61镁合金的铸造板材，板材厚度为15mm；

2)均匀化处理

轧制前，将试样进行480℃/4h均匀化处理；

3)第一阶段轧制(高温热轧)

将均匀化后的镁合金板材即刻进行大变形量的轧制加工，压下量约为60％，得到厚度为～6mm的轧板；

4)第二阶段轧制(低温热轧)

将上述第一阶段热轧后的板材重新放入加热炉中加热至280℃，保温5min。之后进行多道次小变形量的低温热轧，道次压下量约为25％，道次间经280℃/8min加热处理。经过6道次热轧得到～1mm的镁合金板；

观察所得AZ61镁合金板的微观组织和织构，并沿板材轧制方向进行拉伸试验，得到材料的平均晶粒尺寸，基面织构强度和力学性能参数等，如表1所示。实施例3

1)材料选择：AM31镁合金的铸造板材，板材厚度为10mm；

2)均匀化处理：轧制前，将试样进行520℃/3h均匀化处理；

3)第一阶段轧制(高温热轧)

将均匀化后的镁合金板材即刻进行大变形量的轧制加工，压下量约为60％，得到厚度为～4mm的轧板；

4)第二阶段轧制(低温热轧)

将上述第一阶段热轧后的板材重新放入加热炉中加热至230℃，保温5min。之后进行多道次小变形量的低温热轧，道次压下量约为20％，道次间经230℃/5min加热处理。经过5道次热轧得到～1.3mm的镁合金板；

观察所得AM31镁合金板的微观组织和织构，并沿板材轧制方向进行拉伸试验，得到材料的平均晶粒尺寸，基面织构强度和力学性能参数等，如表1所示。表1是各个实例所得镁合金轧制薄板的组织和力学性能参数

表1

	AZ31	AZ61	AM31
				晶粒平均尺寸/μm	5.6	8.8	6.2
基面织构强度	7.4	5.6	6.5
				屈服强度/MPa	185	202	178
抗拉强度/MPa	276	316	296
				室温拉伸率/％	25	22	23

Claims (1)

1.一种高室温塑性镁合金板的热轧加工方法，其特征在于以下步骤，

包括二个阶段，第一阶段是高温下单道次轧制，第二阶段是低温下多道次轧制；

第一阶段：轧制温度为500±30℃，轧制后使镁合金板压下量为板材厚度的50～80％，得到大变形的轧板；

第二阶段：在第一阶段得到的大变形的轧板基础上再进行多道次轧制；轧制温度为200～300℃，第一次低温轧制的压下量为第一阶段轧板的15～30％，以后的每道次轧制是在前一道次压下量基础上再压下15～30％；各道次间的保温时间为5～15min，轧制道次依据所要求的最终板材厚度所确定。