CN113953322A - 一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺 - Google Patents

一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括如下过程：将镁合金铸锭进行固溶处理；将固溶处理后的镁合金铸锭挤压为镁合金预挤压板材；将镁合金预挤压板材进行预热处理，之后沿着挤压方向进行单次压下量为第一压下量的热轧，得到第一轧制板材；将第一轧制板材进行预热处理，之后沿着垂直于挤压方向进行单次压下量为第二压下量的热轧，得到第二轧制板材；将第二轧制板材进行去应力退火，加工结束。本发明利用差温轧制控制板材的屈服强度，能够消除心部缺陷，提升板材的变形均匀性，降低板材的各向异性，提高材料的成材率。在变温条件下的交叉轧制在轧制过程中改变轧制方向，能够细化晶粒，显著减轻材料的各向异性。

Description

一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺。
背景技术
随着“轻量化”和“节能减排”的大力提倡，镁合金的以其高的比强度和比模量而被愈发广泛地应用于各行各业。但是对于镁合金而言，密排六方晶体结构下的镁合金不易变形加工。尤其是加工变形后的镁合金板材各个方向上的综合力学性能存在严重差异，如此明显的各向异性进一步影响了镁合金的进一步开发与应用。而现有的商用镁合金轧板AZ31在沿着轧制方向和垂直轧制方向的强度和延伸率都至少相差30％以上。鉴于现有的镁合金板材各向异性如此明显，因此亟需提出一种能够改善高各向异性新型的高强镁合金制备方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，本发明加工而成的高强镁合金具有高强度低各向异性的特点。
本发明所采用的技术方案如下：
一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括如下过程：
将镁合金铸锭进行固溶处理；
将固溶处理后的镁合金铸锭挤压为镁合金预挤压板材；
将镁合金预挤压板材进行预热处理，之后沿着挤压方向进行单次压下量为第一压下量的热轧，得到第一轧制板材；
将第一轧制板材进行预热处理，之后沿着垂直于挤压方向进行单次压下量为第二压下量的热轧，得到第二轧制板材；
将第二轧制板材进行去应力退火，加工结束。
优选的，镁合金铸锭进行固溶处理时的保温温度为350℃-400℃，保温时间为8-10h。
优选的，将固溶处理后的镁合金铸锭挤压为镁合金预挤压板材时，挤压温度为270-300℃，挤压比为4-7。
优选的，镁合金预挤压板材进行预热处理时的温度为预热温度300℃-350℃，预热时间为4-6h；
第一轧制板材进行预热处理时的温度为380℃-400℃，预热时间为4-6h。
优选的，对预热处理后的镁合金预挤压板材进行热轧时，轧制温度为250-270℃；
将第一轧制板材轧制为第二轧制板材时，轧制温度为300-340℃。
优选的，所述第一压下量为3％-5％，所述第二压下量为3％-5％。
优选的，将镁合金预挤压板材轧制为第一轧制板材时，轧制道次为7-10，轧制速度为30-40r/min；
将第一轧制板材轧制为第二轧制板材时，轧制道次为7-10，轧制速度为30-40r/min。
优选的，将第二轧制板材进行去应力退火时，退火温度为150-200℃，退火时间为6-10h。
优选的，所述镁合金铸锭中，以质量百分数计，包括铝：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁。
本发明还提供了一种高强镁合金板材，该镁合金板材采用本发明如上所述的差温交叉轧制工艺加工而成。
本发明具有如下有益效果：
本发明高强度低各向异性镁合金利用镁合金差温交叉轧制工艺，利用差温轧制控制板材的屈服强度，能够消除心部缺陷，提升板材的变形均匀性，降低板材的各向异性，提高材料的成材率。在变温条件下的交叉轧制在轧制过程中改变轧制方向(旋转90°)，能够细化晶粒，显著减轻材料的各向异性。对预挤压板材进行进一步的变形延长，使挤压后残留的粗大晶粒进一步得到细化，提升材料的强度。同时，板材加工后的退火工艺有利于消除加工后的残余内应力，提高板材内部组织的均匀性。此时的镁合金板材具有高强度低各向异性的特点。
附图说明
图1(a)是本发明实施例1获得的高强度低各向异性镁合金板材的金相显微组织示意图；图1(b)是本发明实施例2获得的高强度低各向异性镁合金板材的金相显微组织示意图；图1(c)是本发明实施例3获得的高强度低各向异性镁合金板材的金相显微组织示意图；图1(d)是本发明实施例4获得的高强度低各向异性镁合金板材的金相显微组织示意图；
图2是本发明各实施例获得的高强度低各向异性镁合金板材与商用镁合金板材在不同方向上的力学性能对比图；
图3为本发明交叉轧制过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
参照图3，本发明改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比计，该镁合金成分包括：铝：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁；上述组分中，铝、锌、钇的含量允许的偏差范围为±0.1％，钕的含量允许的偏差范围为±0.05％；
步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内通过半连续铸造得到镁合金铸锭；
步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在350℃-400℃条件下保温8-10h进行固溶处理，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；
步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为270～300℃，挤压比为4～7，得到宽度为45mm，厚度为8mm的镁合金预挤压板材；其挤压方向和垂直挤压方向上的各向异性较低，沿着挤压方向和垂直挤压方向的屈服强度分别为254MPa和214MPa，屈服强度相差15.7％；沿着挤压方向和垂直挤压方向的抗拉强度分别为330MPa和312MPa，抗拉强度相差5.4％；沿着挤压方向和垂直挤压方向的延伸率分别为14.26％和12.23％，延伸率相差14.2％；
步骤5，将步骤4中得到的预挤压板材在300-350℃(预热温度高于轧制温度50-80℃)预热4-6h，使得材料易于变形，防止开裂；
步骤6，将步骤5中得到的板材沿着挤压方向进行单次压下量3％-5％的轧制变形，轧制道次为7-10次，轧制温度为250-270℃，轧辊转速为30-40r/min。
步骤7，将步骤6中得到的板材在380-400℃(预热温度高于轧制温度60-80℃)预热4-6h；
步骤8，将步骤7中得到的板材旋转90°进行单次压下量3％-5％的轧制变形，轧制道次为7-10次，轧制温度为300-340℃，轧辊转速为30-40r/min；
步骤9，将步骤8得到的轧制板材在150-200℃下进行5～8h退火处理得到高强度低各向异性镁合金板材。
经过差温交叉轧制后的镁合金轧板各向异性降低，沿着轧制方向和垂直轧制方向的屈服强度分别为212MPa和188MPa，屈服强度相差11.32％；沿着轧制方向和垂直轧制方向的抗拉强度分别为310MPa和303MPa，抗拉强度相差2.3％；沿着轧制方向和垂直轧制方向的延伸率分别为21.11％和18.47％，延伸率相差12.5％。
在本发明高强度高耐蚀镁合金板材的制备方法中：
步骤3中进行固溶处理是为了将镁合金合金中粗大的第二相颗粒尽可能的溶于基体中，确保镁合金中的其他合金元素均匀的分布于基体中。
步骤5中的沿着预挤压方向的预热温度低于垂直预挤压方向的预热温度是为了提高在轧制的过程中垂直预挤压方向的变形能力，确保轧制工艺的顺利进行。
步骤6和8中的小压下量和多次轧制是为了防止大变形量造成的轧制开裂现象，同时轧制变形过程中选用轧辊转速为30-40r/min，可以明显提高生产效率。
本发明的方案中，轧制方向既可在每道次间改变，也可以在一个方向上进行多道次轧制后再改变，从而细化晶粒，能显著减轻材料的各向异性。而合金成分中的Al与基体形成强化相β来提高合金强度，稀土元素的添加又有利于织构的弱化，提高板材变形能力。
下面通过实施例对上述方案进行详细的说明。
实施例1
本实施例改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比计，其成分包括：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁。；
步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内通过半连续铸造得到镁合金铸锭；
步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在350℃条件下保温10h进行固溶处理，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；
步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为270℃，挤压比为4，得到宽度为45mm，厚度为8mm的镁合金预挤压板材；
步骤5，将步骤4中得到的预挤压板材在300℃预热6h，使得材料易于变形，防止开裂；
步骤6，将步骤5中得到的板材沿着挤压方向进行单次压下量5％的轧制变形，轧制道次为7次，轧制温度为250℃，轧辊转速为30r/min；
步骤7，将步骤6中得到的板材在380℃预热6h；
步骤8，将步骤7中得到的板材旋转90°进行单次压下量5％的轧制变形，轧制道次为7次，轧制温度为300℃，轧辊转速为30r/min；
步骤9，将步骤8得到的轧制板材在150℃下进行8h退火处理得到高强度低各向异性镁合金板材。
本实施例得到的高强度高耐蚀稀土镁合金板材如图1(a)、图2中实施例1。图1(a)中板材的晶粒尺寸为1.4-1.5μm，两个方向上抗拉强度之比为0.88，屈服强度之比为0.94，延伸率之比为0.87。
实施例2
本实施例改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比计，其成分包括：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁。；
步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内通过半连续铸造得到镁合金铸锭；
步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在365℃条件下保温9h进行固溶处理，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；
步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为280℃，挤压比为5，得到宽度为45mm，厚度为8mm的镁合金预挤压板材；
步骤5，将步骤4中得到的预挤压板材在315℃预热5h，使得材料易于变形，防止开裂；
步骤6，将步骤5中得到的板材沿着挤压方向进行单次压下量4％的轧制变形，轧制道次为8次，轧制温度为260℃，轧辊转速为30r/min；
步骤7，将步骤6中得到的板材在380℃预热5h；
步骤8，将步骤7中得到的板材旋转90°进行单次压下量4％的轧制变形，轧制道次为8次，轧制温度为310℃，轧辊转速为30r/min；
步骤9，将步骤8得到的轧制板材在165℃下进7h退火处理得到高强度低各向异性镁合金板材。
本实施例得到的高强度高耐蚀稀土镁合金板材如图1(b)、图2中实施例2。图1(b)中板材的晶粒尺寸为1.4-1.5μm，两个方向上抗拉强度之比为0.88，屈服强度之比为0.92，延伸率之比为0.83。
实施例3
本实施例改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比计，其成分包括：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁。；
步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内通过半连续铸造得到镁合金铸锭；
步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在380℃条件下保温8h进行固溶处理，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；
步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为290℃，挤压比为6，得到宽度为45mm，厚度为8mm的镁合金预挤压板材；
步骤5，将步骤4中得到的预挤压板材在330℃预热5h，使得材料易于变形，防止开裂；
步骤6，将步骤5中得到的板材沿着挤压方向进行单次压下量4％的轧制变形，轧制道次为9次，轧制温度为260℃，轧辊转速为35r/min；
步骤7，将步骤6中得到的板材在390℃预热5h；
步骤8，将步骤7中得到的板材旋转90°进行单次压下为4％的轧制变形，轧制道次为9次，轧制温度为330℃，轧辊转速为35r/min；
步骤9，将步骤8得到的轧制板材在180℃下进行7h退火处理得到高强度低各向异性镁合金板材。
本实施例得到的高强度高耐蚀稀土镁合金板材如图1(c)、图2中实施例3。图1(c)中板材的晶粒尺寸为1.3-1.4μm，两个方向上抗拉强度之比为0.9，屈服强度之比为0.9，延伸率之比为0.89。
实施例4
本实施例改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比计，其成分包括：铝：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁。；
步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内通过半连续铸造得到镁合金铸锭；
步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在400℃条件下保温8h进行固溶处理，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；
步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为300℃，挤压比为7，得到宽度为45mm，厚度为8mm的镁合金预挤压板材；
步骤5，将步骤4中得到的预挤压板材在350℃预热4h，使得材料易于变形，防止开裂；
步骤6，将步骤5中得到的板材沿着挤压方向进行单次压下量3％的轧制变形，轧制道次为10次，轧制温度为270℃，轧辊转速为40r/min；
步骤7，将步骤6中得到的板材在400℃预热4h；
步骤8，将步骤7中得到的板材旋转90°进行单次压下量3％的轧制变形，轧制道次为10次，轧制温度为350℃，轧辊转速为40r/min；
步骤9，将步骤8得到的轧制板材在200℃下进行5h退火处理得到高强度低各向异性镁合金板材。
本实施例得到的高强度低各向异性镁合金板材如图1(d)、图2中实施例4所示，图1(d)中板材的晶粒尺寸为1.5-1.6μm，两个方向上抗拉强度之比为0.85，屈服强度之比为0.9，延伸率之比为0.85。通过差温交叉轧制后的镁合金具有较为细小的等轴晶粒其细小的晶粒是材料高强度、低各向异性以及良好的延伸率的前提。
如图2中可以看出：与商用镁合金AZ31B和AZ80A相比，实施例中的镁合金具有更小的各向异性；同时，预挤压板材再进行沿着挤压方向进行常规轧制后，虽然屈服强度和抗拉强度几乎接近，但延伸率出现明显差异，不利于镁合金的加工和应用。

Claims (10)

1.一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，包括如下过程：
将镁合金铸锭进行固溶处理；
将固溶处理后的镁合金铸锭挤压为镁合金预挤压板材；
将镁合金预挤压板材进行预热处理，之后沿着挤压方向进行单次压下量为第一压下量的热轧，得到第一轧制板材；
将第一轧制板材进行预热处理，之后沿着垂直于挤压方向进行单次压下量为第二压下量的热轧，得到第二轧制板材；
将第二轧制板材进行去应力退火，加工结束。
2.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，镁合金铸锭进行固溶处理时的保温温度为350℃-400℃，保温时间为8-10h。
3.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，将固溶处理后的镁合金铸锭挤压为镁合金预挤压板材时，挤压温度为270-300℃，挤压比为4-7。
4.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，镁合金预挤压板材进行预热处理时的温度为预热温度300℃-350℃，预热时间为4-6h；
第一轧制板材进行预热处理时的温度为380℃-400℃，预热时间为4-6h。
5.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，对预热处理后的镁合金预挤压板材进行热轧时，轧制温度为250-270℃；
将第一轧制板材轧制为第二轧制板材时，轧制温度为300-340℃。
6.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，所述第一压下量为3％-5％，所述第二压下量为3％-5％。
7.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，将镁合金预挤压板材轧制为第一轧制板材时，轧制道次为7-10，轧制速度为30-40r/min；
将第一轧制板材轧制为第二轧制板材时，轧制道次为7-10，轧制速度为30-40r/min。
8.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，将第二轧制板材进行去应力退火时，退火温度为150-200℃，退火时间为6-10h。
9.根据权利要求1所述的一种改善高各向异性高强镁合金板材的差温交叉轧制工艺，其特征在于，所述镁合金铸锭中，以质量百分数计，包括铝：6.9％～7.1％，锌：3.9％～4.1％，钇：3.9％～4.1％，钕：0.1％～0.2％，其余为镁。
10.一种高强镁合金板材，其特征在于，该镁合金板材采用权利要求1-9任意一项的差温交叉轧制工艺加工而成。
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