CN110216145B - 一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，属于金属材料加工技术领域。针对目前在用镁合金板材轧制存在：边部裂纹造成的成材率低；轧机、衬板损伤较大，使生产成本大幅增加；板材内部晶粒细化效果不明显等缺陷。发明了该轧制方法，包括：预制轧制方向边部凸度、异步交叉轧制预制凸度板材、大压下连续纵轧、交叉宽展精轧等。本发明提供了一种能够有效弱化镁合金板材边部裂纹萌生及细化晶粒的轧制方法，所述镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，将已在镁合金轧制成型过程得到应用的宽展轧制、异步轧制、预制凸度轧制、交叉轧制进行复合优化。为提高成材率、细化晶粒、促进镁合金板材规模化应用提供技术保障，具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法。
背景技术
镁在地壳中储量丰富，符合现代工业轻量化的发展目标，金属合金化可提高其综合性能，镁合金兼具镁的轻量和合金化的性能改善，镁合金大变形加工后其力学性能可得到显著改善，而轧制是一种高效便捷的大变形方法，但是由于镁合金特殊的密排六方金属结构导致其滑移系启动困难困难，且由于镁合金本身散热较快导致边部金属温度低于中部，使得其在轧制过程板材边部受到较大拉应力作用，导致镁合金板材在大压下轧制时边部产生缺陷及宏观裂纹，造成了板材成材率低、生产成本变大等问题，严重阻碍了镁合金产业化应用的技术障碍之一。为此有学者提出异步轧制、交叉轧制、衬板轧制、预制凸度轧制等方法，但始终无法兼具细化晶粒、弱化边裂、低加工成本等需求。
异步轧制、交叉轧制、衬板轧制、预制凸度轧制等方法均对镁合金板材轧制有一定积极作用。然而这些轧制方法不同程度存在以下突出问题：①边部裂纹控制效果不明显，板材成材率提高不到10％；②如交叉轧制过程，对轧机要求较高，单道次压下量较低，且无法轧制长度较长的板带；③如衬板轧制过程，对轧机衬板损伤较大，导致生产成本大幅提高；④对镁合金板材内部晶粒细化效果不明显等。
因此，本发明针对上述镁合金板材轧制过程面临的瓶颈问题开发出一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，对提高成材率、细化晶粒、促进镁合金板材规模化应用具有重要的意义。
发明内容
针对镁合金板材轧制成型目前存在的问题，本发明目的是提供一种能够有效弱化镁合金板材边部裂纹萌生及细化晶粒的轧制方法，所述镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，将已在镁合金轧制成型过程得到应用的宽展轧制、异步轧制、预制凸度轧制、交叉轧制进行复合优化，基本工艺流程如图1所示，并明确给出异步轧制阶段上下辊转速比范围及交叉轧制路径。通过在交叉轧制前板材边部通过立轧或锻压预制凸度，预制凸度侧压下量由式（1）确定，增加边部金属单位面积内可变形量来弱化边部因为温降过快导致变形能力差与板材中部产生的拉应力峰值；在交叉轧制过程中均采用异步轧制工艺，使得板材晶粒明显细化，同时由于边部金属堆积量更多导致其晶粒细化效果更加明显，在后续轧制过程中边部变形能力得到大幅提高；由于采用交叉轧制工艺使得材料各向异性缺陷得到弱化，显著提升其后续变形能力，使得其总成材率提高25％以上，且板材边部力学性能与中部趋于一致，因而为镁合金板材产业化应用提供技术支持，
式中，△h1为平轧压下量，△h2为立轧侧压下量，h为初始板厚，△b为宽展变形宽度，ξ为调整系数，取值约为1.1～1.2。
本发明包括：预制轧制方向边部凸度、异步交叉轧制预制凸度板材、大压下连续纵轧、交叉宽展精轧等四大步骤，具体发明过程如下。
⑴预制轧制方向边部凸度，如图2所示：在轧件进行异步交叉轧制前将其沿轧制方向边部先利用立辊轧制或锻压方式预制边部凸度，边部立轧或锻压压下量由初始板厚、宽展变形宽度、下一道次异步轧制压下量等决定，具体数值由式（1）确定，但侧压下量不宜超过h/2；
⑵异步交叉轧制预制凸度板材，如图3所示：完成步骤（1）后进行一道次异步纵轧，而后将轧件旋转90°，测量板材长度是否超过轧机最大轧制宽度，如果没有超过轧机最大轧制宽度，则直接重复步骤（1），如果超过轧机宽度则利用剪切装置将板材剪切后再重复步骤（1），随后进行一道次异步横轧，异步轧制阶段上下辊转速比在1.01～1.05之间可以保证板材边部损伤小于直接平轧，且对板材晶粒细化有一定效果，当异步轧制阶段上下辊转速比大于1.05时其晶粒细化效果更加显著，但同时其边部损伤会更加严重，因此异步轧制阶段上下辊转速比的选取要根据此道次压下量是否会产生边部裂纹来选择，如果在某一压下量下不会产生裂纹则可选择较大的上下辊转速比，使得轧件晶粒充分细化，如果在某一压下量下会产生裂纹则选择较小的上下辊转速比为宜，既可弱化边部裂纹的产生又对晶粒细化有一定效果，保证在精轧之前板材无大裂纹存在且晶粒得到细化；
⑶大压下连续纵轧：将轧件旋转90°，进行连续多道次大压下纵向轧制，直至板厚在压下2％～5％即可达到目标板厚后停止；
（4）交叉宽展精轧：完成步骤（3）所述的大压下连续纵轧后将轧件旋转90°，测量长度是否超过轧机宽度，如果没有超过轧机宽度直接进行小压下轧制，如果超过轧机宽度则先进行剪切，再进行小压下交叉轧制，直至达到目标厚度，完成轧制。
本发明优点及积极效果：
1.采用本发明的细晶化控边裂轧制方法，工艺简单易行，在选择合适的轧制条件下，不仅可以有效控制板材形状和边部裂纹的发生，大幅提升板材的成材率，降低生产成本，而且由于采用交叉轧制使得板材各向异性缺陷得到弱化，板材边部与中部力学性能趋于一致，提高了其使用率；
2. 采用本发明的细晶化控边裂轧制方法，由于在大压下轧制下均采用异步轧制工艺使得板材晶粒得到细化，同时在边部金属堆积量大于中部时其晶粒细化效果更显著，在第一道次轧制不产生裂纹时后续轧制过程便不会产生大的裂纹；
3. 采用本发明的复合轧制工艺可兼顾成本与加工效率，板材总成材率提高25％以上，同时该方法还可用于钛合金、镍钴合金等难变形合金轧制过程边部裂纹和晶粒大小控制。
附图说明
图1为本发明镁合金板材细晶化控边裂轧制方法工艺流程图；
图2为本发明镁合金板材细晶化控边裂轧制方法预制轧制方向边部凸度示意图；
图3为本发明镁合金板材细晶化控边裂轧制方法异步交叉轧制预制凸度板材示意图。
具体实施方式
坯料为AZ31镁合金铸锭，规格为：厚╳宽╳长=50mm╳200mm╳200mm，产品厚度5mm，轧辊长度350mm。
根据本发明所述方法：先将板材沿轧制方向边部利用立轧或锻压等方法预制凸度，设下一道次轧制压下量为20mm，宽展变形宽度20mm，则板材边部预制凸度侧压下量由式（1）可得△h2=8.8～9.6mm，随后沿预制凸度方向进行一道次压下量为20mm的异步轧纵轧，异步轧制阶段上下辊转速比选择范围在1.01～1.05之间，此时板厚为30mm，完成后将轧件顺时针旋转90°，此时轧件长度约为280mm，尚未超过轧辊长度，故不用剪切即可完成下一道次横轧，在边部利用立轧和锻压等方法预制凸度，设下一道次轧制压下量为15mm，宽展变形宽度15mm，则板材边部预制凸度侧压下量由式（1）可得△h2=8.25～9mm，随后沿预制凸度方向进行一道次压下量为15mm的异步横轧，此时板厚为15mm，将轧件逆时针旋转90°，连续进行两道次压下量分别为5mm，3mm的大压下纵轧，直至板厚在压下2％～5％即可达到目标板厚后停止，此时板材再压下4％及达到目标厚度，故不再进行大压下纵轧，只需进行交叉宽展精轧即可达到产品板厚，将轧件顺时针旋转90°，此时轧件长度约为460mm，严重超过轧辊加工范围，故先将轧件剪切为两块长度分别为230mm的轧件，再分别进行小压下宽展精轧，第一道次宽展精轧压下量1.5mm，此时板厚为5.5mm，将轧件顺时针旋转90°进行第二道次小压下宽展精轧，轧制压下量0.5mm，此时板厚为5mm，达到目标厚度，完成轧制。
Claims (3)
1.一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，包括：预制轧制方向边部凸度、异步交叉轧制预制凸度板材、大压下连续纵轧、交叉宽展精轧四大步骤，所述预制轧制方向边部凸度，其特征在于：在轧件进行异步交叉轧制前将其沿轧制方向边部先利用立辊轧制或锻压方式预制边部凸度，边部立轧或锻压压下量由初始板厚、宽展变形宽度、下一道次异步轧制压下量决定，确定方法为：
式中，△h1为平轧压下量，△h2为立轧侧压下量，h为初始板厚，△b为宽展变形宽度，ξ为安全系数，取值为1.1～1.2，所述异步交叉轧制预制凸度板材，其特征在于：将边部预制凸度的板材进行一道次异步纵轧，而后将轧件旋转90°，判断轧件长度是否超过轧机加工宽度，如果超过则先进行剪切，随后在边部预制横轧凸度，如果轧件长度未超过轧机加工宽度，则直接在边部预制横轧凸度，完成后将边部预制凸度板材沿预制凸度方向进行一道次异步横轧，异步轧制阶段上下辊转速比在1.01～1.05之间可以保证板材边部损伤小于直接平轧，且对板材晶粒细化有一定效果。
2.如权利要求1所述的一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，其特征在于：所述大压下连续纵轧，在完成异步交叉轧制预制凸度板材后将轧件旋转90°，进行连续多道次大压下纵向轧制，直至板厚在压下2％～5％即可达到目标板厚后停止。
3.如权利要求1所述的一种镁合金板材细晶化控边裂轧制方法，其特征在于：所述交叉宽展精轧，在完成大压下连续纵轧后，测量轧件长度和宽度是否超过轧机加工范围，如果超过则先将轧件剪切至轧机能够完成交叉轧制大小，而后将轧件连续旋转90°进行小压下轧制，为保证最终板材表面质量，该阶段最大单道次压下量不超过初始板厚的2％，交叉宽展精轧进一步弱化板材各向异性缺陷，直至达到目标厚度，完成轧制。
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