CN111647832A - 一种纯镁板材循环轧制退火的方法 - Google Patents

一种纯镁板材循环轧制退火的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纯镁板材加工技术领域，尤其涉及一种纯镁板材循环轧制退火的方法。本发明的方法包括以下步骤：将纯镁板材进行第一轧制，得到第一轧板；将所述第一轧板进行第一退火，得到退火板材；将所述退火板材进行第二轧制，得到第二轧板；将所述第二轧板进行第二退火。在本发明中，轧制可以细化晶粒，退火可以使其发生动态再结晶，通过采用两次轧制和退火，可以有效细化纯镁晶粒并使纯镁板材产生较强的基面织构，有效提高纯镁板材的强度和塑性。实施例的结果表明，本发明的纯镁板材经过两次轧制和退火后，抗拉强度可达到215MPa，延伸率提高至15％。

Description

一种纯镁板材循环轧制退火的方法
技术领域
本发明涉及纯镁板材加工技术领域，尤其涉及一种纯镁板材循环轧制退火的方法。
背景技术
镁的密度为1.74g/cm3，仅为铝密度的2/3，钢密度的1/4，这一特性使纯镁被广泛应用于汽车、航天航空、电子通信、生产生活、医疗器械等领域，是21世纪最有应用前景的金属结构材料。然而，镁为密排六方结构，室温下只能沿{0001}基面发生滑移，常温下塑性较差，不易发生变形。因此，提高纯镁力学性能是目前亟待解决的核心问题。
研究表明，晶粒大小对金属材料的强度与塑性有着显著的影响，这是因为晶粒越小，晶界越多，加强了金属间的结合力，从而限制了位错的运动。因此，可以通过细晶强化的手段提高纯镁的力学性能。
目前，金属材料的细晶强化主要是通过大塑性变形(SPD)来实现的，这是一种通过机械方法制备块体超细晶材料的技术，主要包括高压扭转(HPT)、等通道转角挤压(ECAP)和轧制(Rolling)。高压扭转(HPT)是在变形体高度方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用在其横截面上施加一扭矩，促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形的特殊塑性变形工艺。等通道转角挤压(ECAP)加工技术是一种可以获得亚微米级的细晶/超细晶材料的有效手段之一。其原理是材料通过转角处时，会受到强烈的剪切力，内部晶粒发生碎化，位错进行堆积、缠结，形成位错胞状结构，再形成位错墙，最终变成新的晶界，从而实现组织细化。虽然以上两种方法可以达到细化晶粒的目的，但以上两种方法对设备要求较高，操作复杂，且不能广泛应用于实际生产中。
轧制(Rolling)是由轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程，具有对设备要求低、操作简单的优点。但现有的轧制工艺得到的纯镁板材的强度和塑性仍有待进一步提高。因此，必须对传统轧制工艺进行改进与创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯镁板材循环轧制退火的方法，可以有效细化纯镁晶粒，显著提高纯镁板材的强度和塑性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种纯镁板材循环轧制退火的方法，包括以下步骤：
将纯镁板材进行第一轧制，得到第一轧板；
将所述第一轧板进行第一退火，得到退火板材；
将所述退火板材进行第二轧制，得到第二轧板；
将所述第二轧板进行第二退火。
优选的，所述第一退火和第二退火的温度独立为400～450℃，时间独立为15～30min。
优选的，所述第一轧制和第二轧制的压下量独立为35～40％。
优选的，所述第一轧制和第二轧制均为多道次轧制，每道次轧制的压下量均为0.25mm。
优选的，所述第一轧制和第二轧制的每道次轧制前，还包括对待轧制的纯镁板材进行预热；所述预热的温度独立为200～300℃，保温时间为5min。
优选的，所述第一轧制和第二轧制过程中，轧辊温度为100℃，轧辊线速度为1.8m/min。
优选的，所述第一轧制前，还包括对纯镁板材进行表面打磨和倒角处理。
优选的，所述第一退火和第二退火前采用石墨粉将轧板包裹。
优选的，所述纯镁板材的厚度为5～6mm。
本发明提供了一种纯镁板材循环轧制退火的方法，包括以下步骤：将纯镁板材进行第一轧制，得到第一轧板；将所述第一轧板进行第一退火，得到退火板材；将所述退火板材进行第二轧制，得到第二轧板；将所述第二轧板进行第二退火。在本发明中，轧制可以细化晶粒，退火可以使其发生动态再结晶，通过采用两次轧制和退火，可以有效细化纯镁晶粒并使纯镁板材产生较强的基面织构，有效提高纯镁板材的强度和塑性。
实施例的结果表明，本发明的纯镁板材经过两次轧制和退火后，抗拉强度可达到215MPa，延伸率提高至15％。
附图说明
图1为本发明纯镁板材循环轧制退火的工艺示意图；
图2为实施例4的纯镁板材在循环轧制退火前后的微观组织图；
图3为实施例4的纯镁板材在循环轧制退火前后{0001}面的极图；
图4为实施例4纯镁板材在不同加工工艺条件下拉伸强度测试对比图；其中R代表轧制处理，A代表再结晶退火处理。
具体实施方式
本发明提供了一种纯镁板材循环轧制退火的方法，包括以下步骤：
将纯镁板材进行第一轧制，得到第一轧板；
将所述第一轧板进行第一退火，得到退火板材；
将所述退火板材进行第二轧制，得到第二轧板；
将所述第二轧板进行第二退火。
本发明将纯镁板材进行第一轧制，得到第一轧板。
本发明对所述纯镁板材的尺寸和形状没有特殊要求，可根据实际需求选择。在本发明的实施例中，所述纯镁板材的形状为方形，横截面尺寸为15mm×30mm。在本发明中，所述纯镁板材的厚度优选为5～6mm，更优选为6mm。
进行第一轧制前，本发明优选还包括对纯镁板材进行表面打磨和倒角处理。本发明对所述表面打磨的过程没有特殊要求，优选采用砂纸将纯镁板材的表面打磨平整即可。本发明对所述倒角处理的过程没有特殊要求，采用本领域熟知的倒角处理过程即可。在本发明中，所述倒角处理可防止轧制过程中纯镁板材发生边裂。
在本发明中，所述第一轧制的压下量优选为35～40％，更优选为40％。所述第一轧制优选为多道次轧制，每道次轧制的压下量优选为0.25mm(直至最后一道次不足0.25mm便可达到目标压下量)。在本发明中，每道次轧制前，优选还包括对待轧制的纯镁板材进行预热；所述预热的温度独立优选为200～300℃，更优选为220～280℃；所述预热的保温时间优选为5min。本发明在轧制前对纯镁板材进行预热，可以防止纯镁板材在轧制过程中发生开裂。在本发明中，所述第一轧制优选在二辊轧机中进行，轧辊温度优选为100℃，轧辊线速度优选为1.8m/min。本发明将轧辊的温度和线速度控制在上述范围，有利于晶粒得到更好的细化，同时防止纯镁板材开裂。本发明在所述第一轧制过程中，纯镁晶粒得到细化。完成所述第一轧制后，本发明优选将轧制后的纯镁板材空冷至室温，得到第一轧板。
得到第一轧板后，本发明将所述第一轧板进行第一退火，得到退火板材。
在本发明中，所述第一退火前优选还包括采用石墨粉将所述第一轧板包裹。本发明采用石墨粉将第一轧板包裹进行退火，一方面可以防止纯镁燃烧，另一方面可使轧板受热均匀。本发明对所述包裹的厚度没有特殊要求，能够保证第一退火顺利进行即可。在本发明中，所述第一退火的温度优选为400～450℃，更优选为400℃；所述退火的时间优选为15～30min，更优选为15～20min。在本发明中，所述第一退火优选在热处理炉中进行。本发明在所述第一退火过程中，发生纯镁晶粒的动态再结晶，可以消除加工硬化，回复和提高镁合金的塑性。完成所述第一退火后，本发明优选将第一退火后的板材空冷至室温，得到退火板材。
得到退火板材后，本发明将所述退火板材进行第二轧制，得到第二轧板。
在本发明中，所述第二轧制的压下量优选为35～40％，更优选为40％。在本发明中，所述第二轧制的压下量是相对于退火后板材的厚度而言。所述第二轧制优选为多道次轧制，每道次轧制的压下量优选为0.25mm(直至最后一道次不足0.25mm便可达到目标压下量)。在本发明中，所述第二轧制每道次轧制前，优选还包括对待轧制的纯镁板材进行预热；所述预热的温度独立优选为200～300℃，更优选为220～280℃；所述预热的保温时间优选为5min。本发明在轧制前对待轧制的纯镁板材进行预热，可以防止纯镁板材在轧制过程中发生开裂。本发明所述第二轧制有利于纯镁晶粒的进一步细化。在本发明中，所述第二轧制的轧制方向优选与第一轧制的轧制方向相同。所述第二轧制优选在二辊轧机中进行，轧辊温度优选为100℃，轧辊线速度优选为1.8m/min。完成所述第二轧制后，本发明优选将轧制后的纯镁板材空冷至室温，得到第二轧板。
得到第二轧板后，本发明将所述第二轧板进行第二退火。在本发明中，所述第二退火优选采用石墨粉将第二轧板包裹。在本发明中，所述第二退火适用的条件范围与第一退火相同，这里不再赘述。本发明利用第二退火进一步消除加工硬化，回复和提高镁合金的塑性。
本发明通过采用两次轧制和退火可以有效细化纯镁晶粒并使纯镁板材产生较强的基面织构，有效提高纯镁板材的强度和塑性。
下面结合实施例对本发明提供的纯镁板材循环轧制退火的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用线切割机在纯镁块材表面切取尺寸约为15mm×30mm，厚度约为6mm的方形纯镁板材(抗拉强度为112MPa，延伸率为8％)，使用粗砂纸将其表面打磨平整，并进行倒角处理；与此同时，将轧辊温度设置为100℃，轧辊线速度设置为1.8m/min。
在200℃的温度下对纯镁板材进行预热保温处理，保温时间为5min，采用二辊轧机对预热后的纯镁板材进行第一轧制，每道次压下量为0.25mm，第一轧制的总压下量为纯镁板材厚度的40％，需要注意的是每道次轧制完成后需将纯镁板材置于200℃的温度下保温5min。第一次轧制完成后，将纯镁板材置于室温冷却，得到第一轧板。然后采用石墨粉包裹覆盖的方法对第一轧板进行第一退火处理，退火温度为400℃，退火时间为15min，最后取出置于室温冷却，得到退火板材。对所述退火板材进行第二轧制(总压下量为40％，每道次压下量为0.25mm)，得到第二轧板，对所述第二轧板进行第二退火；所述第二轧制和第二退火的工艺参数分别同第一轧制和第一退火。力学性能测试表明最终板材的抗拉强度为174MPa，延伸率为9％。
实施例2
采用线切割机在纯镁块材表面切取尺寸约为15mm×30mm，厚度约为6mm的方形纯镁板材(抗拉强度为112MPa，延伸率为8％)，使用粗砂纸将其表面打磨平整，并进行倒角处理；与此同时，将轧辊温度设置为100℃，轧辊线速度设置为1.8m/min。
在250℃的温度下对纯镁板材进行预热保温处理，保温时间为5min，采用二辊轧机对预热后的纯镁板材进行第一轧制，每道次压下量为0.25mm，第一轧制的总压下量为纯镁板材厚度的40％，需要注意的是每道次轧制完成后需将纯镁板材置于250℃的温度下保温5min。第一次轧制完成后，将纯镁板材置于室温冷却，得到第一轧板。然后采用石墨粉包裹覆盖的方法对第一轧板进行第一退火处理，退火温度为400℃，退火时间为15min，最后取出置于室温冷却，得到退火板材。对所述退火板材进行第二轧制(总压下量为40％，每道次压下量为0.25mm)，得到第二轧板，对所述第二轧板进行第二退火；所述第二轧制和第二退火的工艺参数分别同第一轧制和第一退火。力学性能测试表明最终板材的抗拉强度为194MPa，延伸率为13％。
实施例3
采用线切割机在纯镁块材表面切取尺寸约为15mm×30mm，厚度约为6mm的方形纯镁板材(抗拉强度为112MPa，延伸率为8％)，使用粗砂纸将其表面打磨平整，并进行倒角处理；与此同时，将轧辊温度设置为100℃，轧辊线速度设置为1.8m/min。
在300℃的温度下对纯镁板材进行预热保温处理，保温时间为5min，采用二辊轧机对预热后的纯镁板材进行第一轧制，每道次压下量为0.25mm，第一轧制的总压下量为纯镁板材厚度的40％，需要注意的是每道次轧制完成后需将纯镁板材置于300℃的温度下保温5min。第一次轧制完成后，将纯镁板材置于室温冷却，得到第一轧板。然后采用石墨粉包裹覆盖的方法对第一轧板进行第一退火处理，退火温度为400℃，退火时间为15min，最后取出置于室温冷却，得到退火板材。对所述退火板材进行第二轧制(总压下量为40％，每道次压下量为0.25mm)，得到第二轧板，对所述第二轧板进行第二退火；所述第二轧制和第二退火的工艺参数分别同第一轧制和第一退火。力学性能测试表明最终板材的抗拉强度为201MPa，延伸率为17％。
实施例4
采用线切割机在纯镁块材表面切取尺寸约为15mm×30mm，厚度约为6mm的方形纯镁板材(抗拉强度为112MPa，延伸率为8％)，使用粗砂纸将其表面打磨平整，并进行倒角处理；与此同时，将轧辊温度设置为100℃，轧辊线速度设置为1.8m/min。
在300℃的温度下对纯镁板材进行预热保温处理，保温时间为5min，采用二辊轧机对预热后的纯镁板材进行第一轧制，每道次压下量为0.25mm，第一轧制的总压下量为纯镁板材厚度的40％，需要注意的是每道次轧制完成后需将纯镁板材置于300℃的温度下保温5min。第一次轧制完成后，将纯镁板材置于室温冷却，得到第一轧板。然后采用石墨粉包裹覆盖的方法对第一轧板进行第一退火处理，退火温度为400℃，退火时间为30min，最后取出置于室温冷却，得到退火板材。对所述退火板材进行第二轧制(总压下量为40％，每道次压下量为0.25mm)，得到第二轧板，对所述第二轧板进行第二退火；所述第二轧制和第二退火的工艺参数分别同第一轧制和第一退火。力学性能测试表明最终板材的抗拉强度为215MPa，延伸率为15％。
实施例5
采用线切割机在纯镁块材表面切取尺寸约为15mm×30mm，厚度约为6mm的方形纯镁板材(抗拉强度为112MPa，延伸率为8％)，使用粗砂纸将其表面打磨平整，并进行倒角处理；与此同时，将轧辊温度设置为100℃，轧辊线速度设置为1.8m/min。
在300℃的温度下对纯镁板材进行预热保温处理，保温时间为5min，采用二辊轧机对预热后的纯镁板材进行第一轧制，每道次压下量为0.25mm，第一轧制的总压下量为纯镁板材厚度的40％，需要注意的是每道次轧制完成后需将纯镁板材置于300℃的温度下保温5min。第一次轧制完成后，将纯镁板材置于室温冷却，得到第一轧板。然后采用石墨粉包裹覆盖的方法对第一轧板进行第一退火处理，退火温度为450℃，退火时间为30min，最后取出置于室温冷却，得到退火板材。对所述退火板材进行第二轧制(总压下量为40％，每道次压下量为0.25mm)，得到第二轧板，对所述第二轧板进行第二退火；所述第二轧制和第二退火的工艺参数分别同第一轧制和第一退火。力学性能测试表明最终板材的抗拉强度为186MPa，延伸率为10％。
图2为实施例4的纯镁板材在循环轧制退火前后的微观组织图；由图2可知，经本发明的循环轧制退火后，纯镁晶粒明显细化。
图3为实施例4的纯镁板材在循环轧制退火前后{0001}面的极图，其中，左边的图对应循环轧制退火前，右图对应循环轧制退火后，由图3可知，经过循环轧制退火后，纯镁板材产生了较强的基面织构。
图4为实施例4的纯镁板材在不同加工工艺条件下拉伸强度测试对比图；其中R代表轧制处理，A代表再结晶退火处理，对应的具体数值见表1。此外，本发明还对实施例4不同加工工艺条件下得到的纯镁板材的延伸率进行了测定，具体的结果见表1。
表1不同加工工艺条件下抗拉强度和延伸率结果
工艺条件 抗拉强度 延伸率
300℃-40％R 169Mpa 12％
300℃-40％R+400℃-30minA 190Mpa 14％
300℃-40％R+400℃-30minA+300℃-40％R 203Mpa 16％
300℃-40％R+400℃-30minA+300℃-40％R+400℃-30minA 215Mpa 15％
由图4和表1的结果可知，本发明通过增加轧制和退火次数，可以获得具有高强度和高韧性的纯镁板材。
由以上实施例可知，本发明提供了一种纯镁板材循环轧制退火的方法，可以有效细化纯镁晶粒，显著提高纯镁板材的强度和塑性。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种纯镁板材循环轧制退火的方法，包括以下步骤：
将纯镁板材进行第一轧制，得到第一轧板；
将所述第一轧板进行第一退火，得到退火板材；
将所述退火板材进行第二轧制，得到第二轧板；
将所述第二轧板进行第二退火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一退火和第二退火的温度独立为400～450℃，时间独立为15～30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一轧制和第二轧制的压下量独立为35～40％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一轧制和第二轧制均为多道次轧制，每道次轧制的压下量均为0.25mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一轧制和第二轧制的每道次轧制前，还包括对待轧制的纯镁板材进行预热；所述预热的温度独立为200～300℃，保温时间为5min。
6.根据权利要求1、3、4或5所述的方法，其特征在于，所述第一轧制和第二轧制过程中，轧辊温度为100℃，轧辊线速度为1.8m/min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一轧制前，还包括对纯镁板材进行表面打磨和倒角处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一退火和第二退火前采用石墨粉将轧板包裹。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纯镁板材的厚度为5～6mm。
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