CN112808772A - 一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法。该方法的步骤如下：(1)将镁合金开坯料升温到开轧温度并保温，开轧温度为300℃～500℃，保温时间为5min～60min；(2)对开坯料进行异步轧制，双辊异速比范围为1.1～2.0；(3)将上一步轧制后的板材翻转180°～360°，再进行异步轧制；(4)异步轧制2～5道次之后，每道次压下量为5％～20％，进行中间退火，退火温度为300℃～500℃，退火时间为5min～60min；(5)重复上述步骤，直到镁合金板材达到所设定的尺寸要求。本发明是一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法，对合理制定镁合金板材热加工工艺提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于轧制技术领域，涉及一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法。
背景技术
相比其他金属结构材料，镁合金的密度为1.74g/cm3，约为铝合金的2/3，钢铁的1/4，是轻质的商业金属结构材料。此外，镁合金具有比强度比刚度高，抗震能力强，尺寸稳定性好，降噪和电磁屏蔽性能优良等特点，已经广泛应用于航空、航天、轨道交通以及通信电子等工业领域。然而，由于绝对强度低，室温变形能力较差，易氧化等缺陷，限制了镁合金作为结构材料的广泛应用。
轧制是生产镁合金板材的一种高效、低成本的塑性成形方法。镁合金板材既是塑性加工制品，还可以作为二次加工的原材料。因此，优化镁合金板带材微观组织和力学性能的轧制成形方法对促进镁合金的工业应用有着重要意义。
目前，针对高品质镁合金板材的制备，已有大量研究提出了一些加工方法，其中包括添加稀土元素，采用大塑性变形等方法。专利1(专利公开号：CN109022983A)公开了一种含Sc的高强高韧镁合金及其制备方法，此法制备的镁合金的质量分数组分为：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc： 0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％,余量为Mg。该法制备的镁合金在250℃时抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为：280～310MPa、250～270MPa、10～14％。虽然此加工方法制备的镁合金力学性能较好，但是其稀土含量高，不可避免增加了合金成本，限制了其在工业生产中的应用。专利2(专利号：CN105132772A)公开了一种低成本非稀土型高强镁合金及其制备方法，该合金的化学成分质量比为：Bi：2～10.0wt％，Ca： 0.1～1.5wt％，Mn：0.1～1.0wt％，其余为镁。其抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为395-412.2MPa， 383-402.8MPa，6％，可见该发明合金屈服强度较高，但合金塑性偏低，在应用方面仍受限制。专利3(专利号：CN105234173A)涉及一种改善镁合金板带材组织织构和力学性能的轧制加工方法，该发明对镁合金开坯板进行降温连续轧制，连续轧制次数为2-8道次，单次压下量为2-20％，连续轧制后进行200-450℃， 1-60min中间退火，重复以上步骤直至板材达到所需厚度。该方法制备的镁合金板材力学性能得到一定程度提高，但是采用对镁合金板材采用单纯的连续轧制并不能有效细化粗大第二相，也无法获得细小的孪晶组织。
本发明充分考虑了在镁合金板料热轧过程道次之间引入相互呈一定角度的剪切变形，细化镁合金晶粒和粗大第二相，以及获得细小的孪晶组织，结合退火工艺优化镁合金板材微观组织和力学性能，为合理制定镁合金板材热加工工艺制定提供了技术支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法。本发明通过调整镁合金轧制工艺，可以有效地优化镁合金板材微观组织和力学性能。
本发明具体的步骤是：
步骤1：将镁合金开坯料升温到开轧温度并保温，开轧温度为300℃～500℃，保温时间为5min～60min；
步骤2：对镁合金开坯料实施异步轧制，引入剪切变形以优化镁合金板材的微观组织，轧机双辊异速比范围为1.1～2.0；
步骤3：将步骤2中轧制后的镁合金板材翻转180°～360°，再继续进行异步轧制，引入相互呈0°～180°的剪切变形：
步骤4：重复步骤2和3轧制2～5道次之后，每道次压下量为5％～20％，将镁合金板材进行中间退火，退火温度为300℃～500℃，退火时间为5min～60min；
步骤5：重复上述步骤2、3和4，直到镁合金板材达到所设定的尺寸要求。
本发明的有益效果：本发明通过利用不同方向上异步轧制技术，在镁合金板料热轧过程中引入相互呈 0°～180°的剪切变形，细化镁合金晶粒、粗大第二相并产生一定量相互交错的细小孪晶组织，结合退火工艺优化了镁合金板材微观组织,显著提高了镁合金的力学性能。该方法的发明和推广应用对合理制定镁合金板材热加工工艺有重要工程意义。
附图说明
图1本发明镁合金板材轧制工艺流程图；
图2AZ31B镁合金开坯料初始组织金相图；
图3初始厚度为7mm的AZ31B镁合金坯料轧制后的金相图：(a)常规轧制，(b)本发明方法实施例 1；
图4初始厚度为7mm的AZ31B镁合金坯料轧制后的扫描图：(a)常规轧制，(b)本发明方法实施例 1；
图5镁合金铸态开坯料(1#)、常规热轧方法(2#)和本发明方法(3#)轧制成形后板材的力学性能对比图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。
本发明为一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法，其工艺流程如图1所示。以优化 AZ31B镁合金板材微观组织和力学性能为例,详细阐述本发明所涉及的具体实施细节。AZ31B镁合金坯料初始组织如图2所示，镁合金基体上分布着均匀的铸造相。图3为初始厚度为7mm的AZ31B镁合金坯料轧制后的金相图，其中图3(a)为常规轧制，图3(b)本发明方法实施例1。常规轧制工艺路线为：将镁合金开坯料转移到马弗炉中，以10℃/s的升温速度加热到开轧温度并保温一定时间，开轧温度为450℃，保温时间为30min，对镁合金开坯料实施对称轧制，每道次压下量为15％，将镁合金板材进行中间退火，退火温度为450℃，退火时间为30min，重复上述轧制过程直到镁合金板材达到所设定的尺寸要求。显然，通过本发明方法可以细化晶粒组织以及获得细小的孪晶组织。图4为初始厚度为7mm的AZ31B镁合金坯料轧制后的扫描图，其中图4(a)为常规轧制，图4(b)本发明方法实施例1。显然，通过本发明方法可以细化镁合金板材中的粗大第二相。
实施例1
步骤1：将镁合金开坯料转移到马弗炉中，以10℃/s的升温速度加热到开轧温度并保温一定时间，开轧温度为350～450℃，保温时间为10～45min；
步骤2：对镁合金开坯料实施异步轧制，引入剪切变形以优化镁合金板材的微观组织，轧机双辊异速比范围为1.2～1.9；
步骤3：将步骤2中轧制后的镁合金板材翻转180～360°，再继续进行异步轧制，引入相互呈0～180°的剪切轧制变形；
步骤4：重复步骤2和3轧制2～5道次之后，每道次压下量为5％～20％，将镁合金板材进行中间退火，退火温度为300～500℃，退火时间为5～60min；
步骤5：重复上述步骤2、3和4，直到镁合金板材达到所设定的尺寸要求。
为了验证本发明方法的效果，对比了镁合金铸态开坯料、常规热轧方法和本发明方法轧制成形后的力学性能，如图5所示(图中横坐标1#，2#，3#分别代表镁合金铸态开坯料、常规热轧方法和本发明方法轧制成形后板材)。
从上述结果可以发现，本发明提出的方法能够显著地提高镁合金的力学性能。
上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明不局限于上述具体的实施方式，上面的具体实施方式仅是示例性的，不是局限的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。
Claims (1)
1.一种优化镁合金板材微观组织和力学性能的轧制成形方法，其特征在于：该方法充分考虑了调整镁合金板坯在异步轧制过程中的送料方式，引入相互呈0°～180°的剪切轧制变形，优化镁合金板材微观组织和力学性能，其包括如下步骤：
步骤1：将镁合金开坯料升温到开轧温度并保温，开轧温度为300℃～500℃，保温时间为5min～60min；
步骤2：对镁合金开坯料实施异步轧制，轧机双辊异速比范围为1.1～2.0；
步骤3：将步骤2中轧制后的镁合金板材翻转180°～360°，再继续进行异步轧制，引入相互呈0°～180°的剪切轧制变形；
步骤4：重复步骤2和3轧制2～5道次之后，每道次压下量为5％～20％，将镁合金板材进行中间退火，退火温度为300℃～500℃，退火时间为5min～60min；
步骤5：重复上述步骤2、3和4，直到镁合金板材达到所设定的尺寸要求。
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