CN1884896A

CN1884896A - 300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法

Info

Publication number: CN1884896A
Application number: CN 200610047168
Authority: CN
Inventors: 崔建忠; 乐启炽; 张志强
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: CN100400699C

Abstract

300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法，采用镁合金电磁低温半连铸铸造方法制备锭坯，铸锭经均匀化退火后，铣面，在200～400℃宽展挤压成板带，挤压比为8～15，挤压后板带厚度为5～20mm，然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10～30mm的板材，将板材加热到300～400℃，将轧机的轧辊预热，垂直于原挤压方向轧制，将板材热轧成宽度≤500mm、板厚0.3～1.0mm的薄板，通过挤压温度和轧制温度的组合，可获得高塑性或高强度的板材。然后产品切边、涂保护膜、包装。本发明方法设备和工艺简单，易于控制，生产成本低，一次性投资少，板材精度高，性能高，抗拉强度为300MPa级。

Description

300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及镁合金板材的加工，具体涉及300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法。

背景技术

镁合金具有比强度高、比刚度高、导热、导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、容易回收等优点，因此有人将镁誉为“21世纪绿色工程金属”，镁合金也成为国防军事、汽车、电子通信等工业领域的重要材料。

板材是镁合金的主要产品，板材大量用于手机、照相机摄像机和笔记本电脑等3C产品，及飞机、轿车、高速列车自行车等运载工具上。目前，镁合金板材的发展方向是显著降低成本和提高性能，以促进镁合金板材的大量工业应用。

镁合金由于滑移系少，室温塑性低，一般要热加工。镁合金板材制备方法主要是热轧法，铸锭经热轧开坯后温轧，此种办法可以生产厚板或宽幅板材，但是生产薄板的成才率低，其次是最近开展的镁合金铸轧，该方法可以是镁合金从液态直接成型为板坯，经热轧后成为板材。该方法生产成本低，可以制备宽板，但是在国内尚未进入工业生产。以上两种方法，设备大，一次性投资高，适合于宽板生产。

镁合金板材中相当大的一部分用于3C类产品的冲压，此类板材幅面不宽，但是要求板材尺寸精度高，性能高，尤其是各向异性低。采用热轧和铸轧方法很不经济，且难以满足性能要求。因此必须开发一种投资少、生产工艺简单的薄板生产方法，以满足3C等产业对高性能、低成本薄板的需求。

发明内容

针对现有镁合金板材加工技术的不足之处，本发明提供一种400MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法。

镁合金由于室温滑移系少，所以一般要高温或中温变形。除了液态成形外，挤压变形是最有利的变形条件。挤压是由于是三向压应力状态，所以变形是可以发挥最大的塑性，是镁合金成型的有利方法。挤压后，由于铸态组织被激烈的变形破碎，形成沿挤压方向伸长的挤压组织，这种组织比铸态组织的塑性显著提高，有利于后面的轧制变形，如果适当地降低变形温度，利用镁合金挤压是热效应高的特点，可以更强烈的破碎组织，挤压是实现动态再结晶，组织更加细化，挤压后合金的塑性提高更显著。挤压后具有相当塑性的镁合金，再进行温轧，其强度可以显著提高，塑性有更大的改善。如果将挤压后的带坯沿垂直于原挤压方向轧制，则可以显著降低原挤压组织的各向异性，使挤压组织显著细化，合金板材的的强度和塑性的横向/纵向(轧向)比显著提高。通过不同挤压温度、挤压比和轧制温度、轧制变形率的组合，使合金实现高强度、高塑性和各向同性。欲获得高塑性，可以在400℃挤压、400℃轧制，欲获得高强度，可以在300℃挤压、300℃轧制。

本发明采用AZ31镁合金进行板材加工，为了确保镁合金薄板的质量，铸锭中含有的杂质和夹杂量应尽量少，同时组织必须细化，为此我们推荐低频电磁连铸工艺制备锭坯。即采用专利“镁合金电磁低温半连铸铸造方法CN03133390.7”的方法。该方法工艺步骤如下：

(1)熔化镁，在铁坩埚中将镁熔化，熔化温度为670～680℃；

(2)添加组合阻燃元素，当镁全部熔化后，添加由Ca和混合稀土组成的组合阻燃元素，添加量为Ca 1～2％，含铈Ce和镧La70％的混合稀土0.3～1％；

(3)添加合金元素，各合金元素加入量根据制备的镁合金牌号不同依ASTM标准确定，其中Al、Zn以纯金属加入，Mn以铝锰合金形式加入，锆以镁锆中间合金形式加入，加入温度700℃；

(4)保温、静置，在添加合金之后，升温到720℃，保温30分钟，然后降温至660～680℃，静置20分钟；

(5)铸造，在半连续铸造机上铸锭，结晶器采用铝质结晶器，结晶器石墨环的高度为5～10mm，在电磁场条件下进行半连续铸造，电磁场频率为15～50Hz，线圈安匝数为2000～3500安匝，结晶器壁磁场强度为0.01～0.05T，铸造温度660～680℃，铸造速度50～150mm/min。

铸锭经350～400℃×12～20小时均匀化退火后，铣面，在200～400℃宽展挤压成板带，挤压比为8～15，挤压(出口)速度为10～30m/min，挤压后板带厚度为5～20mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10～30mm的板材，将板材加热到300～400℃，将轧机的轧辊预热到100～150℃，开始轧制，板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为10～15米/分；一般第一道次压下量可以到30～50％，第2道次可以到20～30％，第3道次可以到10～15％，为了保证板形平直和尺寸精度，接近产品尺寸的最后1～3道次时，道次压下量要在3～5％左右。每轧制3道次回炉加热，回炉重新加热到温后再进行轧制，得到宽度≤500mm、板厚0.3～1.0mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜，包装。

本发明开发了一种新的高性能薄板的制备方法。该方法设备和工艺简单，易于控制，生产成本低，一次性投资少，板材精度高，性能高，抗拉强度为300MPa级。可以生产宽度≤500mm、板厚0.3～1.0mm的高质量薄板。该方法尤其适合于投资规模较小的中小企业。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图。

图2为挤压温度300℃，轧制温度300℃的0.5mm厚板材的微观组织。

图3为挤压温度400℃，轧制温度400℃的0.5mm厚板材的微观组织。

具体实施方式

实施例1

AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成165mm的铸锭，合金成分见表1。铸锭经400℃×18小时均匀化退火后，铣面，在300℃宽展挤压成板带，挤压比为15，挤压(出口)速度为20m/min，挤压板材厚度为7mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成宽330mm的板材，将板材加热到300℃，将轧机的轧辊预热到150℃，开始轧制，板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为12米/分；第一道次压下量可以到40％，第2道次可以到25％，第3道次可以到12％，为了保证板形平直和尺寸精度，接近产品尺寸的最后1～3道次时，道次压下量要在4％。每轧制3道次回炉加热，回炉重新加热到温后再进行轧制，10道次左右可以轧到0.5mm，13道次轧到0.3mm。得到宽度300mm、板厚0.3mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜，包装。

表1.AZ31合金的化学成分(重量％)

元素	Al	Zn	Mn	Fe	Si	Cu	Ni	Mg
元素	Al	Zn	Mn	Fe	Si	Cu	Ni	Mg	含量	2.605	1.17	1.56	0.001	0.01	0.001	0.002	余量

实施例2

AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成165mm的铸锭，合金成分见表1。铸锭经350℃×20小时均匀化退火后，铣面，在300℃宽展挤压成板带，挤压比为8，挤压(出口)速度为30m/min，挤压后板带宽度厚度为20mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10mm的板材，将板材加热到400℃，将轧机的轧辊预热到100℃，开始轧制，板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为15米/分；第一道次压下量可以到50％，第2道次可以到30％，第3道次可以到15％，为了保证板形平直和尺寸精度，接近产品尺寸的最后1～3道次时，道次压下量要在5％左右。每轧制3道次回炉加热，回炉重新加热到温后再进行轧制，得到宽度500mm、板厚1.0mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜，包装。

实施例3

AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成165mm的铸锭，合金成分见表1。铸锭经380℃×15小时均匀化退火后，铣面，在400℃宽展挤压成板带，挤压比为8，挤压(出口)速度为10m/min，挤压后板带厚度为15mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽20mm的板材，将板材加热到300℃，将轧机的轧辊预热到120℃，开始轧制，板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为10米/分；第一道次压下量可以到30％，第2道次可以到20％，第3道次可以到10％，为了保证板形平直和尺寸精度，接近产品尺寸的最后1～3道次时，道次压下量要在3％。每轧制3道次回炉加热，回炉重新加热到温后再进行轧制，得到宽度400mm、板厚0.5mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜，包装。

实施例4

AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成165mm的铸锭，合金成分见表1。铸锭经400℃×18小时均匀化退火后，铣面，在400℃宽展挤压成板带，挤压比为10，挤压(出口)速度为18m/min，挤压后板带厚度为50m。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽10～30mm的板材，将板材加热到400℃，将轧机的轧辊预热到100～150℃，开始轧制，板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为15米/分；第一道次压下量可以到35％，第2道次可以到30％，第3道次可以到10％，为了保证板形平直和尺寸精度，接近产品尺寸的最后1～3道次时，道次压下量要在5％。每轧制3道次回炉加热，回炉重新加热到温后再进行轧制，得到宽度300mm、板厚0.3mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜，包装。

实施例5

AZ31镁合金经熔炼、净化电磁连铸成165mm的铸锭，合金成分见表1。铸锭经350℃×20小时均匀化退火后，铣面，在200℃宽展挤压成板带，挤压比为12，挤压(出口)速度为15m/min，挤压后板带厚度为10mm。然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成品宽度宽20mm的板材，将板材加热到350℃，将轧机的轧辊预热到120℃，开始轧制，板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为10米/分；第一道次压下量可以到50％，第2道次可以到20％，第3道次可以到15％，为了保证板形平直和尺寸精度，接近产品尺寸的最后1～3道次时，道次压下量要在3％。每轧制3道次回炉加热，回炉重新加热到温后再进行轧制，得到宽度450mm、板厚0.8mm的薄板。然后产品切边、覆塑料保护膜，包装。

实施例1、2、3、4轧制后的镁合金性能见表2.各向异性见表3，薄板组织见图2和3。

表2.AZ31合金薄板的性能

表3.AZ31合金薄板的各向异性(横向/轧制方向)

板材厚度mm	挤压温度400℃轧制温度400℃		挤压温度400℃轧制温度300℃		挤压温度300℃轧制温度400℃		挤压温度300℃轧制温度300℃
	挤压温度400℃轧制温度400℃		挤压温度400℃轧制温度300℃		挤压温度300℃轧制温度400℃		挤压温度300℃轧制温度300℃		σb横向/σb纵向	δ横向/δ纵向	σb横向/σb纵向	δ横向/δ纵向	σb横/σb纵向	δ横向/δ纵向	σb横向/σb纵向	δ横向/δ纵向
	0.3	0.89	0.81	0.96	0.93	0.96	0.96	0.89	σb横向/σb纵向	δ横向/δ纵向	σb横向/σb纵向	δ横向/δ纵向	σb横/σb纵向	δ横向/δ纵向	σb横向/σb纵向	δ横向/δ纵向	0.91
0.5	0.3	0.89	0.81	0.96	0.93	0.96	0.96	0.89	0.91	0.88	0.95	0.91	0.89	0.89	0.88	0.92	0.91
0.5	1.0	0.95	0.88	0.92	0.87	0.88	0.88	0.88	0.91	0.88	0.95	0.91	0.89	0.89	0.88	0.92	0.87

Claims

1、一种300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法，其特征在于工艺步骤为：采用CN03133390.7镁合金电磁低温半连铸铸造方法制备锭坯，铸锭经350～400℃×12～20小时均匀化退火后，铣面，在200～400℃宽展挤压成板带，挤压速度为10～30m/min，挤压比为8～15，然后将挤压板材沿挤压方向切成比板材成晶宽度宽10～30mm的板材，将板材加热到300～400℃，将轧机的轧辊预热到100～150℃，开始轧制，将板材热轧成板厚0.3～1.0mm的薄板，然后产晶切边、覆塑料保护膜，包装。

2、按照权利要求1所述的300MPa级、各向同性AZ31镁合金薄板的制备方法，其特征在于板坯垂直于原挤压方向轧制，轧制速度为10～30米/分；第一道次压下量30～50％，第2道次压下量20～30％，第3道次压下量10～15％，接近产晶尺寸的最后1～3道次时，道次压下量为3～5％，每轧制3道次回炉加热，加热到温后再进行轧制。