CN108126981A - 一种基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，将可拆卸底板更换为成型需求底板，利用液压调节装置调节轧辊和底板间距，通过轧辊加热板与底板加热装置调节轧制温度，在轧制前将试样放入试样加热装置中进行预热达到预定变形温度，将试样推送入送料口，通过三相电机驱动变速器使轧辊运转，齿轮齿条传动装置使得轧辊与底板联动完成轧制。本发明结合轧制后再结晶退火处理协同调控可获得细晶超塑性组织，也可获得大小晶粒混合的多级结构组织，实现强度和塑性同时显著提高；细化板材晶粒尺寸，弱化轧制板材织构，提高轧制板材性能，且通过轧辊工作底板配合可制备不同种类板材，减少工艺流程，降低加工成本，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，属于轧制技术领域。
背景技术
金属板状材料广泛的应用于车辆、船舶、航空航天、压力容器、海洋工程等重要领域，对金属板材的性能要求也在不断提高，随着大应变变形技术在细化晶粒、制备超高强高韧合金上的应用，传统轧制设备正在不断改进，诸如：等径角轧制设备，环状异步轧制设备，叠轧、大比率差速轧制设备等应运而生。然而，以上通过轧制技术很难同时实现晶粒细化与板材织构弱化，如通过叠轧可以制备超细晶组织，但板材织构非常强烈，而采用等径角轧制可明显弱化织构，但晶粒细化效果不明显，因而难以通过以上轧制工艺同时提升板材的强塑性能。目前，仅等径角挤压及高压扭转等大变形技术能实现某些金属材料强塑性同时提高，然而现有的大变形设备及其工艺复杂，生产成本很高，且局限于制备小尺寸样品，目前主要用于实验室理论研究阶段，很难实现大规模商业化量产。因此，研究新型轧制设备与轧制工艺，提高板材性能，简化工艺程序，降低生产成本，具有重要的经济和应用价值。
针对这些问题，本专利设计了一种新型可单次成型轧辊-底板联动的非对称轧制设备，改变试样轧制过程中受力状态，并且研究相应的轧制工艺，提高板材性能。与传统轧制相比，该设备中由组合轧辊-工作底板来代替传统双轧辊的变形方式，大幅度提高单道次轧制压下量，降低试样及轧辊加热温度，并且有效抑制在少道次大变形情况下材料回弹问题，弱化板材织构，提高轧制效率，减少轧制成本。同时，采用该非对称轧制设备，通过单道次或少道次轧制工艺可实现明显晶粒细化，获得超塑性组织；此外，在特定工艺条件下，可以制备出具有多元晶粒尺度分布的组织，实现合金强度和塑性同时显著提高。该轧制设备非常适用于难变形铝合金、镁合金、钛合金及金属基复合材料的轧制过程，且操作简单、安全可靠。
发明内容
本发明的单辊轧制设备由组合轧辊底板代替传统双轧辊，实现上下异步轧制变形的同时增加轧制咬合力，大大增加单道次轧制压下量，提高轧制效率，降低轧制成本，同时弱化板材织构，提高轧制板材强度和塑性。本发明所述的单辊轧制设备轧制变形由上轧辊和组合工作底板完成；轧辊、试样和底板具有独立的加热装置；底板可轻松拆卸，可以根据轧制要求更换不同形状的底板；齿轮可根据不同异步差速比要求更换。本发明适用于难变形铝合金、镁合金、钛合金以及金属基复合材料的轧制过程，且操作简单、安全可靠。本发明轧制设备基础装置是：辊缝调节装置、可加热轧辊、支撑结构、齿轮传动装置、试样加热装置、组合工作底板、底板加热装置；试样轧制变形由轧辊与底板组合传动完成；上轧辊、传送底板和试样分别有独立的加热装置；上轧辊与底板可单独拆卸，其底板可以使用弧形底板、波浪纹底板、台阶底板以适应不同的轧制成型要求；试样加热保温后放入底板处推送至轧辊入口完成轧制。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，将可拆卸底板更换为成型需求底板，利用液压调节装置调节轧辊和底板间距，通过轧辊加热板与底板加热装置调节轧制温度，在轧制前将试样放入试样加热装置中进行预热达到预定变形温度，将试样推送入送料口，通过三相电机驱动变速器使轧辊运转，齿轮齿条传动装置使得轧辊与底板联动完成轧制。
上述基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取挤压态镁合金或者铝合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取工作底板上表面为多圆弧波浪形表面，圆弧半径为30mm，平均厚度为10mm的组合波浪底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)试样加热装置加热温度设置为250℃，轧辊和工作底板加热温度设置为100℃；
(4)试样放置保温箱，待升温至预设温度后，静置保温5分钟；
(5)取出试样，放置组合底板上，将试样匀速带入至轧辊入口，道次压下量为80％；
(6)更换上表面为光滑平面厚度为10mm的底板，重复步骤(4)–(6)，道次压下量为30％；
(7)轧制后根据工艺要求进行短时再结晶退火处理。
该发明的有益效果在于：本发明与目前已有的技术相比具有以下特点：
(1)所述的轧辊和底板传动方式采用齿轮和齿条配合传动方式，左右两侧各一组，其中齿轮齿条可更换不同模数改变轧速比；所述的轧辊可通过变速器调节轧辊转速，实现不同变形速率的轧制过程，也可以进行反向轧制。
(2)所述的轧辊与底板均可单独拆卸，工作底板可更换为成型要求底板；底板增加挡边，可实现不同形状成型要求。
(3)所述轧辊采用阶梯方式设计，可实现同一试样不同位置TD方向不同压下量的变形要求，可制备梯度材料。
(4)所述的轧辊、底板均具有独立可调节的加热装置，试样有单独调节的加热保温装置，可联立调节轧制时的变形温度。
(5)所述轧制工艺对轧制试样进行预加热，加热温度范围最大可达450℃；对轧制式样进行单道次或少道次轧制加工，压下量范围从20％到90％，轧制温度范围为250℃-450℃；轧制后对试样进行再结晶退火处理，再结晶退火温度范围为275℃-450℃。
(6)所述的轧制工艺，其为利用非对称轧制实现单道次大压下量变形，达到弱化板材织构的效果，同时有效抑制在单道次大变形情况下材料回弹问题，结合轧制后再结晶退火处理协同调控可获得细晶超塑性组织，也可获得大小晶粒混合的多级结构组织，实现强度和塑性同时显著提高；细化板材晶粒尺寸，弱化轧制板材织构，提高轧制板材性能，且通过轧辊工作底板配合可制备不同种类板材，减少工艺流程，降低加工成本，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的单轧辊组合底板轧制设备的结构示意图；
图2为可更换底板的波浪形底板；
图3为可更换底板的阶梯型底板。
图4为可更换梯度轧辊。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
本发明中所使用的非对称轧制设备，将可拆卸底板7更换为成型需求底板，利用液压调节装置4调节轧辊和底板间距，通过轧辊加热板1与底板加热装置5调节轧制温度，在轧制前将试样放入试样加热装置3中进行预热达到预定变形温度，将试样推送入送料口，通过三相电机驱动变速器使轧辊2运转，齿轮齿条传动装置6使得轧辊与底板联动完成轧制。
实施例1：
本实施例中的基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取固溶态Al-7Mg-0.6Sc难变形铝合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取上表面为光滑平面厚度为10mm的组合工作底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)轧制过程不进行加热；
(4)将试样放置组合底板送料口处上，将试样匀速带入至轧辊入口；
(5)轧制过程仅一道次完成轧制，道次压下量为80％；
(6)轧制试样晶粒尺寸为大小晶粒混合，小晶粒尺寸为0.1～0.3μm,大晶粒为200～500μm屈服强度为319MPa，抗拉强度为538MPa，断裂延伸率为11％。
实施例2：
本实施例中的基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取固溶态Mg-9Al-1Zn(AZ91)镁合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取上表面为光滑平面厚度为10mm的组合工作底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)试样加热装置加热温度设置为350℃，轧辊加热温度设置为100℃，传动带加热温度设置为100℃；
(4)试样放置保温箱，待升温至预设温度后，静置保温10分钟；
(5)取出试样，放置工作底板上，将试样匀速带入至轧辊入口；
(6)轧制过程仅一道次完成轧制，道次压下量为90％；
(7)轧制试样晶粒尺寸为大小晶粒混合，呈双峰分布，小晶粒为0.3–5μm，大晶粒为30–60μm，屈服强度为280MPa，抗拉强度为370MPa，断裂延伸率为26％。
由上述结果可看出本发明不仅可对难变形铝合金在室温条件下进行单道次大压下量轧制变形，且通过本发明的轧制工艺对工业用AZ91铸造镁合金进行单道次大压下量的轧制变形可制备出混晶组织，有效提高轧制样品性能。
实施例3：
本实施例中的基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取固溶态态Mg-9Al-1Zn-1Y(AZ91-1Y)镁合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取上表面为光滑平面厚度为10mm的组合工作底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)试样加热装置加热温度设置为350℃，轧辊加热温度设置为100℃，工作底板加热温度设置为100℃；
(4)试样放置保温箱，待升温至预设温度后，静置保温10分钟；
(5)取出试样，放置组合底板送料口处上，试样匀速带入至轧辊入口；
(6)轧制过程仅一道次完成轧制，道次压下量为90％；
(7)轧制试样屈服强度为321MPa，抗拉强度为393MPa，断裂延伸率为9％。
实施例4：
本实施例中的基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取固溶态态Mg-8Al-2Sn-1Zn(AT82)镁合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取上表面为光滑平面厚度为10mm的组合工作底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)试样加热装置加热温度设置为350℃，轧辊加热温度设置为100℃，工作底板加热温度设置为100℃；
(4)试样放置保温箱，待升温至预设温度后，静置保温10分钟；
(5)取出试样，放置组合底板送料口处上，试样匀速带入至轧辊入口；
(6)轧制过程仅一道次完成轧制，道次压下量为60％；
(7)轧制试样屈服强度为281MPa，抗拉强度为369MPa，断裂延伸率为13.3％。
实施例五：
本实施例中的基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取挤压态Mg-3Al-1Zn(AZ31)镁合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取工作底板上表面为多圆弧波浪形表面，圆弧半径为30mm，平均厚度为10mm的组合波浪底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)试样加热装置加热温度设置为250℃，轧辊和工作底板加热温度设置为100℃；
(4)试样放置保温箱，待升温至预设温度后，静置保温5分钟；
(5)取出试样，放置组合底板上，将试样匀速带入至轧辊入口，道次压下量为80％；
(6)更换上表面为光滑平面厚度为10mm的底板，重复步骤(4)–(6)，道次压下量为30％；
(7)轧制后根据工艺要求进行短时再结晶退火处理；
(8)轧制试样组织明显细化，晶粒尺寸为0.5–2μm，屈服强度为213MPa，抗拉强度为283MPa，断裂延伸率为29％，检测结果为弱基面织构组织。
由上述结果可看出通过本发明的轧辊-底板联动的非对称轧制设备及大变形量轧制工艺可以通过改变轧制变形过程中试样的受力方式从而弱化板材基面织构；本发明的非对称轧制设备及轧制工艺适用于不同镁合金，满足各种产品需求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，其特征在于：将可拆卸底板更换为成型需求底板，利用液压调节装置调节轧辊和底板间距，通过轧辊加热板与底板加热装置调节轧制温度，在轧制前将试样放入试样加热装置中进行预热达到预定变形温度，将试样推送入送料口，通过三相电机驱动变速器使轧辊运转，齿轮齿条传动装置使得轧辊与底板联动完成轧制。
2.根据权利要求1所述的基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，其特征在于：所述基于非对称轧制设备的大变形量轧制工艺，具体步骤如下：
(1)选取挤压态镁合金或者铝合金作为轧制原料，机加工为4.8×40×13cm3的标准轧制试样；
(2)选取工作底板上表面为多圆弧波浪形表面，圆弧半径为30mm，平均厚度为10mm的组合波浪底板，底板材料硬度为55HRC；
(3)试样加热装置加热温度设置为250℃，轧辊和工作底板加热温度设置为100℃；
(4)试样放置保温箱，待升温至预设温度后，静置保温5分钟；
(5)取出试样，放置组合底板上，将试样匀速带入至轧辊入口，道次压下量为80％；
(6)更换上表面为光滑平面厚度为10mm的底板，重复步骤(4)–(6)，道次压下量为30％；
(7)轧制后根据工艺要求进行短时再结晶退火处理。
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| CN111346939A (zh) * | 2018-12-23 | 2020-06-30 | 南京理工大学 | 一种复合碾轧制备多晶粒尺度异构铝合金板材的方法 |
| CN111346939B (zh) * | 2018-12-23 | 2021-09-21 | 南京理工大学 | 一种复合碾轧制备多晶粒尺度异构铝合金板材的方法 |
| CN110695090A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-17 | 重庆大学 | 一种新型非对称变形弱化镁合金板材织构的方法 |
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| CN112845607A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-05-28 | 太原理工大学 | 一种超大直径比异步轧机以及板材轧制方法 |
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| US11845117B2 (en) | 2021-02-04 | 2023-12-19 | Taiyuan University Of Technology | Asynchronous rolling mill with a super large diameter ratio and sheet rolling method |
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| CN108126981B (zh) | 2020-03-31 |
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