CN109530439B - 一种中高温塑性镁合金板材的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属板材轧制技术领域，涉及一种中高温塑性镁合金板材的轧制方法，工艺步骤为：1、镁合金铸锭的均匀化处理；2、镁合金挤压开坯成板；3、镁合金板坯的轧制前热处理；4、镁合金三辊异步轧制成板，本发明方法利用轧辊直径及转速不同和板材弯曲所引入的外应力，使晶体取向在轧制过程中发生偏转，调控了镁合金织构，使镁合金板材具有较优的继续变形能力且遏制了板材开裂，进而只需一次往复轧制即可实现较大的变形量，本发明方法由于省却了轧制道次间的退火处理工艺，使得生产成本降低，生产效率提高，更适合大规模的工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属板材轧制技术领域，涉及一种中高温塑性镁合金板材的轧制方法。
背景技术
镁合金具有比强度高、刚性优良、密度小的特点，被誉为21世纪绿色可回收且不污染环境的清洁材料。近年来，航天航空、3C电子产品及军工领域对镁合金的需求日益增长，铸造镁合金的力学性能已无法满足需求，通过固态成形等塑性加工方法变形后，镁合金的综合力学性能得到改善。轧制是一种重要的镁合金成形方法，但因镁合金呈密排六方结构，变形过程中镁及其合金具有强烈的各向异性和较差的塑性变形能力，导致轧制单道次变形量小和开裂等。究其原因，变形过程中极易形成板织构，即镁合金晶粒的(0001)面平行于轧制方向，在拉应力状态下，{0001}<11-20>基面滑移的施密特因子接近于零，基面滑移启动较为困难，成形能力较差，不利于镁合金板材的后续变形。因此，目前商用变形镁合金轧制多采用多道次、小压下量的轧制方式，并且辅以多次中间退火来弱化基面织构，进而恢复板材变形能力。这种多次变形多次退火的方法无疑大幅增加了镁合金板材的生产成本，且加工工艺方法复杂，效率低下。
近年来，学者们的研究表明，通过适当的合金化及加工工艺的调整，可以不同程度地弱化轧板强基面织构的形成。如专利200910011111.1公布了名称为“一种高塑性、低各向异性镁合金及其板材的热轧工艺”的专利，提出Mg-Zn-RE合金具有弱化的基面织构，室温塑性可达40％以上，室温成形性能好的特点。然而，上述专利仍然采用传统轧制工艺，仍然具有轧制周期长，生产效率低的缺点。另外，等通道角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、累积叠轧(ARB)、异步轧制(DSR)、模压形变法(GP)以及非对称挤压(ASE)等塑性变形技术，可有效地控制镁合金(0001)基面，可产生织构弱化，使基面滑移启动更加容易，从而改善其塑性，提高其成形性能。但上述塑性加工方法也有各自的缺陷，如设备要求高、操作困难和不便于大规模生产等。本发明提出的三辊异步轧制工艺，设备要求低，工艺简单，在轧制变形过程中始终能够抑制强基面织构的形成，有效地遏制了开裂，只需要一次往复轧制而不需反复退火即可实现较大变形量，且轧制板材明显具有较高的成形能力。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中镁合金板材塑性加工方法中所存在设备要求高、操作困难和不便于大规模生产的问题，提供一种中高温塑性镁合金板材的轧制方法，该轧制方法在镁合金板材轧制过程中利用轧辊直径及转速不同和板材弯曲所引入的外应力，使晶体取向在轧制过程中发生偏转，调控了镁合金织构，使镁合金板材具有较优的继续变形能力且遏制了板材开裂，进而只需一次往复轧制即可实现较大的变形量。与传统轧制工艺相比，所得镁合金板材在保证强度的同时也有效提高了后续变形能力，大大缩短了生产时间，提高了生产效率，易于推广应用。
为达到上述目的，本发明提供一种中高温塑性镁合金板材的轧制方法，包括以下步骤：
A、均匀化热处理，将镁合金铸锭切头去尾去皮，在400～500℃固溶处理10～24h后冷却至室温，使镁合金铸锭成分均匀；
B、挤压开坯成板，将固溶处理后的镁合金铸锭在挤压变形温度下保温30～60min，然后置于挤压机中进行高温挤压变形开坯，空冷后制得板坯，其中挤压变形温度为300～450℃，挤压筒直径为80～85mm，挤压速度为110～120cm/min，空冷后镁合金板坯宽度为5～6cm，厚度为0.5～3cm；
C、轧制前热处理，空冷后镁合金板坯在400～500℃进行加热，保温时间为20～60min，使镁合金板坯内部温度分布均匀，然后将热处理后的镁合金板坯推送至轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的入口进行轧制，其中轧辊Ⅰ线速度与轧辊Ⅱ线速度相同；
D、三辊异步轧制成板，在轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ出口处将轧板沿轧辊Ⅱ外沿牵引弯曲，将轧板送入轧辊Ⅱ和轧辊Ⅲ入口进行轧制并施加张力保证轧板平直，最后将得到的镁合金板材空冷至室温，其中轧辊Ⅲ线速度大于轧辊Ⅱ线速度，以保证轧板在弯曲过程中受到足够大的应力作用，以及避免金属在轧辊入口下方堆积。
进一步，步骤A中镁合金铸锭形状为圆柱形，镁合金铸锭尺寸为Φ84mm×10cm。
进一步，步骤A中镁合金铸锭热处理后水淬至室温，将水淬后的镁合金铸锭进行车削加工，以保证镁合金铸锭表面干净无杂质。
进一步，步骤B中镁合金铸锭挤压变形温度为300～350℃，镁合金在热挤压过程中的变形温度下能够完全再结晶，降低板坯各向异性；同时，又不会因为变形温度太高而导致晶粒过大，反而将导致晶体取向相对集中。
进一步，步骤B中镁合金板坯被挤压出模具后，应立即使用牵引装置施加以张力，保证镁合金板坯平直无弯曲。
进一步，步骤C中空冷后镁合金板坯加热温度为450～500℃，保温时间为40～60min，长时间高温保温保证待轧板坯能够内外温度均匀、充分消除应力，保证轧板在轧辊Ⅱ和轧辊Ⅲ之间保持中温变形。为保证轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ在辊缝处线速度一致，两轧辊的转速及半径需满足N1R1＝N2R2，N和R分别是转速和半径。
进一步，步骤C和步骤D中轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的辊缝大于轧辊Ⅱ与轧辊Ⅲ之间的辊缝。
进一步，步骤C中轧辊Ⅱ外侧均匀设置有三个夹钳，相邻夹钳之间的夹角为45～60°。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的中高温塑性镁合金板材的轧制方法，与传统多道次、小压下量并辅以中间退火的轧制工艺相比，设置了3个直径和转速不同的轧辊，其中轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的辊缝较大，轧辊Ⅱ与轧辊Ⅲ之间的辊缝较小，只需一次往复轧制，即可实现较大变形量；此外，镁合金轧板在轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ出口处会形成强板织构，大多数晶粒的(0001)基面平行于轧制方向，轧板沿轧辊Ⅱ弯曲的过程中，其外侧受到方向指向轧辊的应力作用，内侧受到方向背离轧辊的应力作用，即轧板中的大多数晶粒将受到沿c轴方向的应力，产生孪晶，使得晶粒取向发生偏转，并且在后续的弯曲过程中持续受到应力作用，继续偏转晶体取向，最终在整个板材弯曲的过程中实现了弱化基面织构、减小各向异性的效果，进而提升镁合金轧板继续成形能力，减少板材开裂，使得板材可以在保持中温的情况下顺利通过轧辊Ⅱ与轧辊Ⅲ之间的辊缝完成整个轧制过程。
2、本发明所公开的中高温塑性镁合金板材的轧制方法，利用轧辊直径及转速不同和板材弯曲所引入的外应力，使晶体取向在轧制过程中发生偏转，调控了镁合金织构，使镁合金板材具有较优的继续变形能力且遏制了板材开裂，进而只需一次往复轧制即可实现较大的变形量，本发明方法由于省却了轧制道次间的退火处理工艺，使得生产成本降低，生产效率提高，更适合大规模的工业化生产。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明中高温塑性镁合金板材轧制过程的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
说明书附图中的附图标记包括：
轧辊Ⅰ1、轧辊Ⅱ2、轧辊Ⅲ3、夹钳4。
本发明中高温塑性镁合金板材轧制所使用的如图1所示轧制设备，主要包括三个辊径和转速均不相同的轧辊Ⅰ1、轧辊Ⅱ2、轧辊Ⅲ3以及轧辊Ⅱ2外沿的夹钳4。
实施例1
制备厚度为3mm的AZ31B镁合金板材，按照以下工艺步骤进行：
A、将AZ31B镁合金铸锭切头去尾去皮，在450℃固溶处理16h后水淬至室温，将水淬后的铸锭进行车削加工，以保证镁合金铸锭表面干净无杂质，并且使镁合金铸锭成分均匀，其中镁合金铸锭形状为圆柱形，镁合金铸锭尺寸为Φ84mm×10cm；
B、将固溶处理后的AZ31B镁合金铸锭在350℃下保温40min，而后置于挤压筒直径为85mm的挤压机中于350℃进行高温挤压变形开坯，挤压速度为120cm/min，镁合金板坯被挤压出模具后，应立即使用牵引装置施加以张力，保证镁合金板坯平直无弯曲，空冷后制得板坯，板坯宽度为6cm，厚度为1cm；
C、将空冷得到的镁合金板坯在450℃进行加热，保温40min，使镁合金板坯内部温度分布均匀，然后将热处理后的镁合金板坯推送至轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的入口进行轧制，利用摩擦力将板坯咬入进行轧制，轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间辊缝间距为7mm。其中轧辊Ⅰ直径为25cm，转速约为0.4r/s，轧辊Ⅱ直径为50cm，转速约为0.2r/s；
D、三辊异步轧制成板，轧辊Ⅱ外侧均匀设置有三个夹钳，相邻夹钳之间的夹角为50°，在轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ出口处将轧板沿轧辊Ⅱ外沿牵引弯曲，将轧板送入轧辊Ⅱ和轧辊Ⅲ入口进行轧制，利用摩擦力将板坯咬入进行轧制，轧辊Ⅱ与轧辊Ⅲ之间辊缝间距为2.8mm(考虑到轧板回弹，辊缝间距比最终板材厚度小)，其中轧辊Ⅲ直径为25cm，转速约为0.55r/s。在轧制出口处用牵引装置施加张力，保证轧板平直，最后将得到的镁合金板材空冷至室温。
实施例2
制备厚度为5mm的ZM60镁合金板材，按照以下工艺步骤进行：
A、将ZM60镁合金铸锭切头去尾去皮，在480℃固溶处理20h后水淬至室温，将水淬后的铸锭进行车削加工，以保证镁合金铸锭表面干净无杂质，并且使镁合金铸锭成分均匀，其中镁合金铸锭形状为圆柱形，镁合金铸锭尺寸为Φ84mm×10cm；
B、将固溶处理后的ZM60镁合金铸锭在300℃下保温40min，而后置于挤压筒直径为85mm的挤压机中于300℃进行高温挤压变形开坯，挤压速度为120cm/min，镁合金板坯被挤压出模具后，应立即使用牵引装置施加以张力，保证镁合金板坯平直无弯曲，空冷后制得板坯，板坯宽度为6cm，厚度为3cm；
C、将空冷得到的镁合金板坯在480℃进行加热，保温60min，使镁合金板坯内部温度分布均匀，然后将热处理后的镁合金板坯推送至轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的入口进行轧制，利用摩擦力将板坯咬入进行轧制，轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间辊缝间距为1.5cm。其中轧辊Ⅰ直径为40cm，转速约为0.2r/s，轧辊Ⅱ直径为70cm，转速约为0.12r/s；
D、三辊异步轧制成板，轧辊Ⅱ外侧均匀设置有三个夹钳，相邻夹钳之间的夹角为50°，在轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ出口处将轧板沿轧辊Ⅱ外沿牵引弯曲，将轧板送入轧辊Ⅱ和轧辊Ⅲ入口进行轧制，利用摩擦力将板坯咬入进行轧制，轧辊Ⅱ与轧辊Ⅲ之间辊缝间距为4.8mm(考虑到轧板回弹，辊缝间距比最终板材厚度小)，其中轧辊Ⅲ直径为30cm，转速约为0.33r/s。在轧制出口处用牵引装置施加张力，保证轧板平直，最后将得到的镁合金板材空冷至室温。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、均匀化热处理，将镁合金铸锭切头去尾去皮，在400~500℃固溶处理10~24h后冷却至室温，使镁合金铸锭成分均匀；
B、挤压开坯成板，将固溶处理后的镁合金铸锭在挤压变形温度下保温30~60min，然后置于挤压机中进行高温挤压变形开坯，空冷后制得板坯，其中挤压变形温度为300~450℃，挤压筒直径为80~85 mm，挤压速度为110~120cm/min，空冷后镁合金板坯宽度为5~6 cm，厚度为0.5~3 cm；
C、轧制前热处理，空冷后镁合金板坯在400~500℃进行加热，保温时间为20~60min，使镁合金板坯内部温度分布均匀，然后将热处理后的镁合金板坯推送至轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的入口进行轧制，其中轧辊Ⅰ线速度与轧辊Ⅱ线速度相同；
D、三辊异步轧制成板，在轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ出口处将轧板沿轧辊Ⅱ外沿牵引弯曲，将轧板送入轧辊Ⅱ和轧辊Ⅲ入口进行轧制并施加张力保证轧板平直，最后将得到的镁合金板材空冷至室温，其中轧辊Ⅰ、轧辊Ⅱ和轧辊Ⅲ的直径和转速不同，轧辊Ⅰ与轧辊Ⅱ之间的辊缝大于轧辊Ⅱ与轧辊Ⅲ之间的辊缝，轧辊Ⅲ线速度大于轧辊Ⅱ线速度。
2.如权利要求1所述中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，步骤A中镁合金铸锭形状为圆柱形，镁合金铸锭尺寸为Φ84 mm×10 cm。
3.如权利要求2所述中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，步骤A中镁合金铸锭热处理后水淬至室温，将水淬后的镁合金铸锭进行车削加工，以保证镁合金铸锭表面干净无杂质。
4.如权利要求2所述中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，步骤B中镁合金铸锭挤压变形温度为300~350℃。
5.如权利要求2所述中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，步骤B中镁合金板坯被挤压出模具后，应立即使用牵引装置施加以张力，保证镁合金板坯平直无弯曲。
6.如权利要求1所述中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，步骤C中空冷后镁合金板坯加热温度为450~500℃，保温时间为40~60min。
7.如权利要求1~6任一所述中高温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，步骤C中轧辊Ⅱ外侧均匀设置有三个夹钳，相邻夹钳之间的夹角为45~60°。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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