一種制備高室溫塑性鎂合金板材的軋制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬塑性成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及鎂合金板材的軋制成型方法，特別 涉及到制備高室溫塑性鎂合金板材的軋制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高阻尼性、高導(dǎo)電性、良好電磁屏蔽性和尺寸穩(wěn)定 性，特別是鎂合金具有資源豐富，制造成本低，易回收、無污染等環(huán)保特性，被視為當(dāng)今的 "綠色金屬"。作為一種重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬材料，鎂合金在汽車制造、通訊電子、航空航天 等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 由于鎂是密排六方（HCP)結(jié)構(gòu)材料，其塑性變形在室溫下僅限于基面 {0001}〈11-20〉滑移及錐面{10-12}〈10-11〉孿生，因此鎂合金的室溫塑性加工能力較差。 因而，大多數(shù)鎂合金制品的加工僅限于鑄造（Casting)特別是壓鑄成型，而工業(yè)廣泛應(yīng)用的 鍛壓（Forging)、擠壓（Extrusion)、乳制（Rolling)等塑性加工制備的變形鎂合金制品則 很少，極大地限制了鎂合金的應(yīng)用范圍。因此，有效地改善和提高鎂合金室溫塑性是解決鎂 合金工程應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0004] 目前國內(nèi)外在變形鎂合金研究方面主要側(cè)重于合金成分設(shè)計(合金化)、析出強(qiáng) 化、晶粒細(xì)化及材料加工成型技術(shù)等方面，力圖以此改善和提高鎂合金的強(qiáng)度、塑性、抗 腐蝕、抗蠕變和疲勞等性能。在鎂中加入鋰（Li)、銦（In)及銀（Ag)等合金元素可使軸比 (1. 633)降低至1. 618,可激發(fā)棱柱面{10-10}〈11-20〉滑移，進(jìn)而可提高室溫塑性。
[0005] 研究表明，晶粒細(xì)化對鎂合金的力學(xué)性能的提高，其潛力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁合金，因此 利用先進(jìn)的材料加工方法細(xì)化鎂合金晶粒來提高鎂合金的強(qiáng)韌性是改善和提高變形鎂合 金性能的重要途徑之一。據(jù)文獻(xiàn)(劉正，張奎、曾小勤著，《鎂基輕質(zhì)合金理論基礎(chǔ)及其應(yīng) 用》，機(jī)械工業(yè)出版社，2002年9月第一版：34)報道，采用擠壓+熱處理的方法制備的ZK60 高強(qiáng)變形鎂合金，其強(qiáng)度及斷裂韌性可相當(dāng)于時效狀態(tài)的A17075或A17475合金；采用快速 凝固（RS) +粉末冶金（PM) +熱擠壓復(fù)合工藝開發(fā)的Mg-Al-Zn系EA55RS變形鎂合金，成為 迄今報道的性能最佳的鎂合金，其性能不但大大超過常規(guī)鎂合金，其代表性擠壓鎂合金的 屈服強(qiáng)度343MPa，延伸率13%，比強(qiáng)度甚至超過7075鋁合金，且具有超塑性（300°C，436% )， 腐蝕速率與2024-T6鋁合金相當(dāng)；采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高 強(qiáng)鎂合金Mg-2at%Y-lat%Zn，其強(qiáng)度為超級鋁合金的3倍，還具有超塑性、高耐熱性和高耐 蝕性；
[0006] 眾所周知，鎂合金室溫變形時，非基面滑移的臨界分解切應(yīng)力（CRSS)比基面滑移 的CRSS要大得多，導(dǎo)致鎂合金室溫變形時塑性較差?？棙?gòu)對鎂合金力學(xué)性能的影響，其實 質(zhì)是通過改變各滑移系特別是基面滑移系的Schmid因子，進(jìn)而影響到強(qiáng)度和塑性的變化。 文獻(xiàn)（Scripta Mater·, 45,2001，89_94)報道，利用等通道轉(zhuǎn)角擠壓（Equal Channel Angle Press，ECAP)方法制備AZ31鎂合金的織構(gòu)特征（〈0001M5//ND)與傳統(tǒng)擠壓法制備的AZ31 鎂合金的織構(gòu)特征（<〇〇〇l>//ND)存在顯著差異，在晶粒尺寸相同情況下，前者的室溫拉伸 塑性（~50%)要比后者的（~17%)高出近三倍，同時具有高的加工硬化率。鑒于ECAP方法 制備出的材料尺寸的局限性，該方法難以廣泛實際應(yīng)用。但因 ECAP的塑性變形模式近乎于 純剪切，因此，ECAP的研究結(jié)果預(yù)示著：若在熱變形過程中引入較大的切應(yīng)力，則可以通過 調(diào)控織構(gòu)來達(dá)到改善和提高鎂合金塑性的目的?；诖怂枷?，湖南大學(xué)陳振華教授做了大 量關(guān)于等徑角軋制（ECAR)的研究(鍛壓技術(shù)，32 (1 )，2007，32-35 )，研究發(fā)現(xiàn)，ECAR方法制 備的AM60鎂合金的抗拉強(qiáng)度比普通軋制AM60鎂合金的抗拉強(qiáng)度要高67. 5%，室溫拉伸塑性 提高26. 3%。文獻(xiàn)(特種鑄造及有色金屬，32 (3)，2012, 212-215)報道，當(dāng)壓下量為24%左 右時，異步軋制（DSR)制備的AZ31鎂合金板材較普通軋制方法制備的AZ31鎂合金板材抗 拉強(qiáng)度提高15%，室溫拉伸塑性提高20. 2%。專利（CN101041167A)提出了一種非對稱擠壓 (AEP)的成型方法，用以改善鎂合金室溫塑性變形能力，該方法可以將鎂合金的室溫拉伸延 伸率提1?到26%。
[0007] 以上常用的鎂合金塑性成型方法，都可以很好的細(xì)化晶粒和弱化鎂合金{0002} 基面織構(gòu)，但因為設(shè)備成本高、工藝復(fù)雜、產(chǎn)品尺寸偏小，表面質(zhì)量差等原因，以上方法不能 實現(xiàn)鎂合金板材的量產(chǎn)，因此，如何利用目前工業(yè)界現(xiàn)有的加工設(shè)備制備，通過工藝與方法 的改進(jìn)制備出塑性良好的鎂合金具有重要工程應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了提高鎂合金的室溫塑性，使鎂合金得到更為廣泛的應(yīng)用，本發(fā)明提供了一種 低成本制備高室溫塑性鎂合金板材的軋制方法，提高傳統(tǒng)軋機(jī)進(jìn)料口支撐平臺高度制備高 室溫塑性鎂合金板材。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 將雙輥軋機(jī)進(jìn)料口支撐平臺提高到與下軋輥最高點等高位置，如圖1所示。通過 Deform軟件模擬結(jié)果，如圖2和圖3所示，可以很清楚的看出傳統(tǒng)軋制坯料上下面受力對 稱，而本發(fā)明方法軋制坯料上下面受力不對稱，因此采用本方法軋制變形時，一定會產(chǎn)生嚴(yán) 重的剪切變形，從而使平行于板面的{0002}基面織構(gòu)在切應(yīng)力的作用下發(fā)生一定角度的 傾轉(zhuǎn)。軋制后在晶粒尺寸減小的同時，降低了平行于軋制方向的{0002}面織構(gòu)組分的強(qiáng) 度，從而獲得較高室溫塑性的鎂合金。
[0011] 本發(fā)明通過更換傳統(tǒng)軋機(jī)進(jìn)料口處支撐平臺，將新平臺厚度增加，使新的支撐平 臺與下軋輥的最高點處于同一水平位置，進(jìn)而使鎂合金坯料在軋制時上下表面處于不同 的受力狀態(tài)，從而引進(jìn)剪切應(yīng)力，弱化鎂合金板材的基面織構(gòu)強(qiáng)度，提高鎂合金板材室溫塑 性。
[0012] 本發(fā)明的效果和益處：
[0013] 為了提高鎂合金室溫塑性的目的，科研人員提出了許多新的變形鎂合金的制備 方法，最常見的提高鎂合金室溫塑性的加工方法包括：等徑角擠壓（ECAP)、等徑角軋制 (ECAR)、異步軋制（DSR)和非對稱軋制（AEP)，這些變形鎂合金制備方法都是基于在變形過 程中引入剪切應(yīng)力的思想來弱化基面織構(gòu)，這些方法具有細(xì)化晶粒和顯著降低基面織構(gòu)等 優(yōu)點，但也存在明顯缺點。表1列舉了應(yīng)用本發(fā)明的軋制方法(非對稱進(jìn)給軋制方法，AFR) 與常見變形鎂合金制備方法的優(yōu)缺點，從表2中可以看出，AFR加工方法可以克服ECAP、 ECAR、DSR和AEP等方法的缺點，可以制備出高質(zhì)量和高室溫塑性的鎂合金板材。
【附圖說明】
[0014] 附圖1軋制示意圖。
[0015] 附圖2傳統(tǒng)軋制坯料在軋制過程中所受應(yīng)力狀態(tài)。
[0016] 附圖3新軋制方法坯料在軋制過程中所受應(yīng)力狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0017] 以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0018] 市場購得AZ31鎂合金鑄錠。采用本發(fā)明提出的非對稱進(jìn)給軋制方法進(jìn)行軋制加 工。將鑄態(tài)4231加工成200謹(jǐn)\50謹(jǐn)父30謹(jǐn)坯料，加熱至3501：，保溫2小時，之后進(jìn)行一 次軋制成型，所得到AZ31鎂合金板材的尺寸為300mmX50mmX20mm。其微觀組織為等軸晶， 晶粒平均尺寸為11 μ m，室溫延伸率均值為21. 2%，在同等軋制條件下，較普通軋制延伸率 提聞35%。
[0019] 表1非對稱進(jìn)給軋制方法與常見變形鎂合金制備方法特點對比
[0020]
【主權(quán)項】
1. 一種制備高室溫塑性鎂合金板材的軋制方法，其特征在于，雙輥軋機(jī)進(jìn)料口處支撐 平臺被提高到與下軋輥最高點處于同一高度位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋制方法，其特征在于：所述的鎂合金是變形鎂合金。
【專利摘要】本發(fā)明屬于有色金屬塑性成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及鎂合金板材的軋制成型方法，特別涉及到制備高室溫塑性鎂合金板材的軋制方法。其特征是傳統(tǒng)雙輥軋機(jī)進(jìn)料口處支撐平臺被提高到與下軋輥最高點處于同一高度位置。本發(fā)明的效果和益處是可以獲得細(xì)晶、基面織構(gòu)弱化、板材質(zhì)量好、可以量產(chǎn)等優(yōu)點同時具有的鎂合金板材。
【IPC分類】B21B1-22
【公開號】CN104801541
【申請?zhí)枴緾N201410032459
【發(fā)明人】王軼農(nóng), 王嶺
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日