CN102814325B

CN102814325B - 一种大规格细晶镁合金板材的轧制方法

Info

Publication number: CN102814325B
Application number: CN201210300539.XA
Authority: CN
Inventors: 刘长瑞; 王快社; 陈建祥
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: CN102814325A

Abstract

一种大规格细晶镁合金板材的轧制方法，首先在生产线上对板坯进行宽向压缩变形，宽度变小而厚度增加；再将板坯水平旋转90°，沿宽向将板坯送入轧机进行轧制延伸，板坯厚度减小、宽度恢复到原始尺寸；再沿板坯长向压缩、水平转角90°后轧制延伸。由于本发明的延伸和压缩方向相反，应变量相同，板坯几何形状不变。重复压缩-轧制这一过程，使板坯获得所需要的应变量，晶粒被细化，最后轧制成需求规格的板材。

Description

一种大规格细晶镁合金板材的轧制方法

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，特别涉及一种大规格细晶镁合金板材的轧制方法。

背景技术

镁合金具有比重小，弹性模量低，比强度、比刚度高，电磁屏蔽性能好及易于回收利用等一系列优异的特性，是实现产品薄壁化、轻量化的理想材料。目前，市场上镁合金产品主要以压铸产品为主，变形镁合金产品很少，与其他常用金属市场占有率向反，而压铸产品的综合性能要比变形镁合金差。制约变形镁合金发展应用的瓶颈之一是在室温下塑性变形能力差，易脆裂。研究表明当镁合金晶粒细化到8μm以下时，室温下将发生脆-延性转变，而通常轧制的镁合金板材晶粒较大，难以满足这一要求。大塑性变形能显著细化晶粒，提高材料的塑性和韧性。因此通过大塑性变形改善金属材料性能已成为近年来国际材料界研究的热点，这一方法对改善镁合金塑性也是有效途径。

目前研究开发的各种大塑性变形方法，具有各自的特点，一般在实验室制备小体积试料，向工业化生产应用技术仍在研发中。为了使大塑性变形技术在镁合金中应用，发挥其效能，研究开发一种能利用工业设备，进行工业化生产大规格细晶镁合金板材的方法,对于提高镁合金塑性性能、扩展用途范围、提高产品质量和效益具有重要的技术与经济意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对镁合金板坯进行多向控制变形，使应变量累积，细化晶粒，提高塑性变形能力，且能够实现工业化生产的大规格细晶镁合金板材的轧制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1）在生产线上对板坯进行宽向压缩变形，相对压缩率ε_B=△B/B_O=15～30%，其中△B为宽向压缩量、B_O为原始宽度；

2）将板坯平面旋转90°，沿宽向将板坯送入轧机进行轧制延伸，使板坯的宽度恢复到原始尺寸；

3）再对板坯进行长向压缩变形，相对压缩率ε_B=△L/L_O=15～30%，其中△L为长向压缩量、L_O为原始长度；

4）再将板坯平面旋转90°，沿长向将板坯送入轧机进行轧制延伸，使板坯的长度恢复到原始尺寸；

5）重复步骤1）-4）数次，最后轧制成需求规格的板材。

所述的镁合金板坯温度为250℃～350℃，轧辊温度为150～200℃，变形过程镁合金板坯温度会下降，当低于温度下限时加热进行温度补偿。

所述的轧辊延伸采用润滑剂，均匀涂布于辊面上。

由于本发明的延伸和压缩方向相反，应变量相同，板坯几何形状不变。重复压缩-轧制这一过程，使板坯获得所需要的应变量，晶粒被细化，最后轧制成需求规格的板材。

由于宽向压缩时板坯除增厚外，还会沿纵向延伸，为使变形稳定，纵向尺寸比宽向小一些。如采用本发明方法对AZ31镁合金板材实施变形，每次相对压缩率ε_B=△B/B_O=33%，经6次变形再轧制成1mm厚板材，晶粒平均直径从26.7μm细化到5.52μm，延伸率δ从直接轧成板材时的11.3%提高到31.8%。

附图说明

图1为压缩变形与装置示意图；

图2为轧制变形与装置示意图；

图3为多向控制变形工艺流程图；

图4为多向控制变形后AZ31镁合金板坯形状；

图5为AZ31镁合金板坯原始组织；

图6为多向控制变形较小应变量后AZ31镁合金显微组织；

图7为多向控制变形较大应变量后AZ31镁合金显微组织。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明大规格细晶镁合金板材的轧制方法，亦称为板坯多向控制变形，其实施步骤是：

1）按图1所示，用轧机前置的板材调宽锤头1、2对矩形板坯3沿宽向B进行压缩，一般相对压缩率ε_B=△B/B_O=15～30%，其中△B为宽向压缩量、B_O为原始宽度，使宽度变小而厚度增加；需要注意的是板坯宽度增加后，为了保证变形平稳，板坯不弯曲，每次压缩量不要大，即可分次完成；

2）再将板坯水平旋转90°，沿宽向B将板坯3送入图2所示轧机4、5辊中进行轧制延伸，板坯厚度减小、宽度恢复到原始尺寸；

3）再对板坯进行长向压缩变形，一般相对压缩率ε_B=△L/L_O=15～30%，其中△L为长向压缩量、L_O为原始长度；压缩率根据实际可以调整。

4）再将板坯平面旋转90°，沿长向将板坯送入轧机进行轧制延伸，使板坯的长度恢复到原始尺寸；由于延伸和压缩方向相反，应变量相同，经压缩-轧制后板坯几何形状不变。

5）按图3所示流程重复压缩-轧制这一过程即重复步骤1）-4）数次，使应变量累积，晶粒逐步被细化，最后轧制成需求规格的板材。

本发明用真应变量计算每次变形量，其算式如下：

e=ln(B₀/B)(B₀-原始板坯的宽度；B–压缩变形后的宽度)

由于延伸和压缩方向相反，应变量相同，累积应变量乘变形次数n即可。

本发明为了使亦称为板坯多向控制变形顺利进行，镁合金板坯温度保持在250℃～350℃之间，最好控制在300℃～350℃之间，轧辊预热至150～200℃之间。变形过程板坯温度会下降，当低于温度下限时要加热进行温度补偿。

本发明板坯多向控制变形，在轧制时，必须采用适当的润滑剂，均匀涂布于辊面上，以防止黏辊，影响板材表面质量。

本发明按照目前生产轧机对1200mm-1500mmm钢板坯压缩200～400mmm左右的实践，每次真应变量e设计约为0.15～0.4左右。如采用本发明方法对AZ31镁合金板坯实施变形，每次相对压缩率ε_B=△B/B_O=33%，真应变量e=ln(B₀/B)=0.40。经6次变形再轧制成1mm厚板材，晶粒平均直径从平均26.7μm细化到5.52μm，延伸率δ从直接轧成板材时的11.3%提高到31.8%。

实施例1：

选用标准AZ31镁合金加工的板坯制备试料，晶粒直径约26.7μm，如图5所示，几何尺寸为10×30×25（H×B×L），首先将镁合金板坯加热到350℃，放置于图1所示两个锤头之间，沿着板坯宽度方向，使之发生压缩变形，宽度减小厚度增加。每次相对压缩率ε_B=△B/B_O=15%，真应变量e=ln(B₀/B)=0.15。如图6所示。

第二步将压缩变形后的镁合金板坯3水平转角90°，如图2所示，沿着其宽度方向进行轧制，轧制后板坯厚度恢复到原始厚度。

第三步对板坯沿长度方向压缩，水平旋转90°再轧制。压缩和轧制方法与宽向相同，变形前后板坯几何尺寸几乎不变，如图4所示。

按照以上过程，如图3所示，每次相对压缩率ε_B=△B/B₀=14%，真应变量e=ln(B₀/B)=0.15。经过4次变形再轧制成1mm厚板材，这时晶粒平均直径细化到6.5μm，延伸率δ从直接轧成板材时的11.3%提高到23.2%,强度σ_b为275Mpa。变形后晶粒度变化如图6所示。

实施例2

选用标准AZ31镁合金加工的板坯制备试料，晶粒直径约26.7μm，如图5所示，几何尺寸为10×50×40（H×B×L），首先将镁合金板坯加热到350℃，放置于如图1所示两个锤头之间，，沿着板坯宽度方向，使之发生压缩变形，宽度缩小厚度增加。每次相对压缩率ε_B=△B/B_O=33%，真应变量e=ln(B₀/B)=0.4。

第二步将压缩变形后的镁合金板坯3水平转角90°，如图2所示，沿着其宽度方向在轧机上轧制，轧制后板坯厚度恢复到原始厚度。

第三步对板坯沿长度方向压缩，水平旋转90°再轧制。压缩与轧制方法、变形量与宽向相同，变形前后板坯几何尺寸几乎不变，如图4所示。

重复以上过程，如图3所示，每次相对压缩率ε_B=△B/B_O=33%，真应变量e=ln(B₀/B)=0.40。经6次变形再轧制成1mm厚板材，晶粒平均直径从26.7μm细化到5.52μm，退火后延伸率δ从直接轧成板材时的11.3%提高到31.8%,强度σ_b为286Mpa。变形后晶粒度变化如图7所示。

本发明的效果体现在：

1.能够利用工业设备生产大规格变形镁合金板材。目前企业轧机前设置的调宽设备（宽度压缩量最大为300～400mm）和转向装置能对数十吨钢坯进行变形与运作，为实现大规格镁合金板坯多向控制变形提供了条件。

2.可生产性能优良的大规格细晶镁合金板材。通过大塑性变形细化晶粒来提高镁合金塑韧性是当前研究的重要方向，目前的各种大塑性变形方法，向工业应用的技术仍在研发中。本方法通过应变量累积获得大塑性变形，可以有效细化大规格镁合金板坯晶粒。

3.采用本发明变形后可以保持原有几何尺寸不变，可以提供高质量、符合市场需求的大规格板坯，有利于镁合金深加工、扩展用途范围。

4.采用本发明方法时先压缩，转角再轧制延伸，而不采用轧制后反向压缩。其原因是先压缩使板坯增厚，转角后使板坯厚度不均分布与轧向一致，轧制时调节压下就能获得良好板形。另外，先压缩板坯厚度尺寸大，有利变形稳定。

5.目前对镁合金采用异步轧制生产大规格板材研究较多，本发明方法与异步轧制相比，不仅板形好，轧制板材各项异性小，重要的是可获得比异步轧制更大的应变量，组织细化效果更显著。

6.本发明一种大规格细晶镁合金板材的轧制方法，亦称为板坯多向控制变形，除应用于镁合金轧制外，也可以应用于铝、铜、钛、钢等多种金属，生产细晶优质板材。

Claims

1.一种大规格细晶镁合金板材的轧制方法，其特征在于：

1）在生产线上对镁合金板坯进行宽向压缩变形，相对压缩率ε_B=△B/B_O=15～30%，其中△B为宽向压缩量、B_O为原始宽度；

2）将镁合金板坯平面旋转90°，沿宽向将板坯送入轧机进行轧辊延伸，使镁合金板坯的宽度恢复到原始尺寸；

3）再对镁合金板坯进行长向压缩变形，相对压缩率ε_В=△L/L_O=15～30%，其中△L为长向压缩量、L_O为原始长度；

4）再将镁合金板坯平面旋转90°，沿长向将板坯送入轧机进行轧辊延伸，使镁合金板坯的长度恢复到原始尺寸；

5）重复步骤1）-4）数次，最后轧制成需求规格的板材。

2.根据权利要求1所述的大规格细晶镁合金板材的轧制方法，其特征在于：所述的镁合金板坯温度为250℃～350℃，轧辊温度为150～200℃，变形过程镁合金板坯温度会下降，当低于温度下限时加热进行温度补偿。

3.根据权利要求1所述的大规格细晶镁合金板材的轧制方法，其特征在于：所述的轧辊延伸采用润滑剂，均匀涂布于辊面上。