一种小直径无缝镁合金管斜轧工艺的制作方法

本发明属于轻合金材料生产领域，具体涉及一种小直径无缝镁合金管的生产，特别是涉及采用三辊斜轧工艺生产无缝镁合金管。

技术背景

目前，国内已有一批镁合金加工优势企业，但由于镁合金轧制理论、工艺及设备方面存在技术性缺陷，其生产相对落后，致使镁合金加工产业污染较严重、耗能较高，资源综合利用程度差，产品质量不稳定，产品成材率低，初级原材料及原镁产品较多，镁合金深加工企业和产品较少。

鉴于镁合金塑性变形能力差、加工过程中容易开裂的问题，现有无缝镁合金管大多采用挤压或拉拔工艺生产，其中：传统镁合金管挤压工艺模具磨损快、产品组织不均匀、各向异性明显，影响镁合金管的显微组织和力学性能，影响后续的深加工，进一步限制了镁合金管的应用；无缝镁合金管拉拔工艺存在以下不足：工艺复杂，经过多道次拉拔，每一道次变形量小，拉拔管的表面可能产生氧化现象，从而表面质量差，拉拔过程中可能会出现管被拉断的情况，使得生产率低，同时还受长度制约。

采用斜轧穿孔生产无缝镁合金管能够很好地解决挤压镁合金管各向异性严重的问题，三相压应力使轧制过程管坯表面不易开裂并且斜轧穿孔工艺具有材料利用率高、生产效率高、轧后毛管组织性能好，这都是目前挤压无缝管无法达到的，但是由于镁合金材料本身的属性，镁合金棒料斜轧穿孔制备无缝镁合金管难度较大，所以现有技术中鲜有通过斜轧穿孔生产的无缝镁合金管。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对镁合金塑性变形能力差、无缝镁合金管加工过程中容易开裂的技术问题，本发明提出一种小直径无缝镁合金管斜轧工艺，采用斜轧穿孔工艺代替传统的挤压、拉拔工艺生产无缝镁合金管，从根本上解决高能耗、低效率的无缝镁合金管加工问题，有效缩短加工周期，为生产高品质无缝镁合金管提供保障。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种小直径无缝镁合金管斜轧工艺，其特征在于采用如下步骤依次进行：

(一)、建立本构方程

通过Gleeble热模拟实验机对挤压态镁合金进行不同变形条件下等温压缩实验，获得镁合金在不同条件下的真实应力-应变曲线，构建本构方程如下：

式中：R—气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；

T—绝对温度，单位为K；

—应变速率，单位为s^-1；

σ—流变应力，单位为MPa；

(二)、建立轧制模型

用Deform有限元软件，采用不同温度，前伸量，孔喉直径进行无缝镁合金管穿孔过程模拟，最终确定轧制工艺参数；

(三)、斜轧穿孔

Ⅰ.待穿孔阶段

(1)、首先将镁合金棒料前端打定心孔Φ15mm×15mm，然后将镁合金棒料放入加热炉中预热，预热温度为400～450℃，保温时间为1～2小时，使镁合金棒料表皮与心部温度相同，留待斜轧穿孔阶段使用；

(2)、启动斜轧穿孔机组，并根据轧制模型设定轧制工艺参数；

Ⅱ.斜轧穿孔阶段

(1)、设备预热：启动电控制柜，使轧辊空转适当时间；预热轧辊与辊道：取前步预热后的一根镁合金棒料不使用顶头进行过料空轧，预热轧辊与辊道；

(2)、移动顶杆小车，调节顶头前伸量，另取一根经预热的镁合金棒料放到辊道中，推杆将棒料推入穿孔区轧辊咬入，镁合金棒料在轧辊跟顶头的作用下进行镁合金棒料斜轧穿孔；

(3)、穿孔完毕后，顶杆小车控制器迅速撤回，使得穿孔后的无缝镁合金管脱离顶杆，然后将无缝镁合金毛管放在冷却台架上空冷至室温；

(4)、将空冷后的无缝镁合金毛管切除头部与尾部，留待后续生产无缝镁合金成品管。

进一步的，所述权利要求1中第(二)步为：将本构方程确定的参数导入Deform-3D材料库中，定义镁合金材料属性，最终确定轧制工艺参数。

进一步的，确定斜轧工艺参数为：轧制温度为350～500℃，顶头前伸量为15～25mm，选择送进角为6°～10°、顶头直径为Φ30mm、孔喉直径为Φ34mm或Φ35mm、轧辊转速为90～200rpm。

进一步的，确定最优的斜轧工艺参数为：轧制温度为400℃，顶头前伸量为20mm，选择送进角为7°、顶头直径为Φ30mm、孔喉直径为Φ34mm或Φ35mm、轧辊转速为170rpm。

进一步的，斜轧穿孔后制得的无缝镁合金管的直径为Φ40mm，管壁厚度为5.5mm。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明采用斜轧穿孔生产镁合金管，提高材料利用率，提高生产效率，避免严重的各相异性，轧后组织均匀细化力学性能得以改善，其生产的产品精度高、综合性能优良的优点。

2、本发明可以代替传统挤压工序生产无缝镁合金管，采用三辊斜轧穿孔使管坯中心受三向压应力状态，使得无缝镁合金管生产过程中不容易开裂。

附图说明

图1为未经本发明轧制前无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图，分析该图得知轧前平均晶粒尺寸为30μm。

图2为经本发明轧制后无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图，分析该图得知轧后平均晶粒尺寸为3μm。

图3为Gleeble热模拟实验机对挤压态镁合金施压后测得的应变速率为0.005时不同加热温度情况下真实应力—应变曲线图。

图4为Gleeble热模拟实验机对挤压态镁合金施压后测得的应变速率为0.05时不同加热温度情况下真实应力—应变曲线图。

图5为Gleeble热模拟实验机对挤压态镁合金施压后测得的应变速率为0.5时不同加热温度情况下真实应力—应变曲线图。

图6为Gleeble热模拟实验机对挤压态镁合金施压后测得的应变速率为3时不同加热温度情况下真实应力—应变曲线图。

图7为本发明建立的斜轧穿孔模型示意图。

图8为本发明经实施例一制备的无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图。

图9为本发明经实施例二制备的无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图。

图10为本发明经实施例三制备的无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图。

图中，1为轧辊，2为顶头，3为镁合金棒料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明：本实施例是以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。

实施例一

如图1～7所示，一种小直径无缝镁合金管斜轧工艺，采用如下步骤依次进行：

(一)、建立本构方程

通过Gleeble热模拟实验机对挤压态镁合金分别进行0.005s^-1、0.05s^-1、0.5s^-1、3s^-1变形速率，200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃加热温度条件下等温压缩实验，获得镁合金真实应力-应变曲线，构建本构方程如下：

式中：R—气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；

T—绝对温度，单位为K；

—应变速率，单位为s^-1；

σ—流变应力，单位为MPa。

(二)、建立轧制模型

用Deform有限元软件，采用不同温度，前伸量，孔喉直径进行无缝镁合金管穿孔过程模拟，将本构方程确定的参数导入Deform-3D材料库中，定义镁合金材料属性，最终确定本实施例一中轧制工艺参数为：轧制温度为350℃，顶头2前伸量为15mm，选择送进角为6°、顶头2直径为Φ30mm、孔喉直径为Φ34mm、轧辊1转速为90rpm。

(三)、斜轧穿孔

Ⅰ.待穿孔阶段

(1)、首先将镁合金棒料3前端打定心孔Φ15mm×15mm，然后将镁合金棒料3放入加热炉中预热，预热温度为420℃，保温时间为1小时，使棒料表皮与心部温度相同，留待斜轧穿孔阶段使用；

(2)、启动斜轧穿孔机组，并根据轧制模型设定轧制工艺参数；

Ⅱ.斜轧穿孔阶段

(1)、设备预热：启动电控制柜，使轧辊1空转适当时间；预热轧辊1与辊道：取前步预热后的一根镁合金棒料不使用顶头进行过料空轧，预热轧辊1与辊道；

(2)、移动顶杆小车，调节顶头2前伸量，另取一根经预热的镁合金棒料3放到辊道中，推杆将镁合金棒料3推入穿孔区轧辊1咬入，镁合金棒料3在轧辊1跟顶头2的作用下进行镁合金棒料斜轧穿孔；

(3)、穿孔完毕后，顶杆小车控制器迅速撤回，使得穿孔后的无缝镁合金管脱离顶杆2，然后将无缝镁合金毛管放在冷却台架上空冷至室温；

(4)、将空冷后的无缝镁合金毛管切除头部与尾部，留待后续生产无缝镁合金成品管。

斜轧穿孔后制得的无缝镁合金管的直径为Φ40mm，管壁厚度为5.5mm，轧制过程中未出现无缝镁合金管开裂现象，如图8为本实施例一轧制后无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图所示，分析该图得知轧后平均晶粒尺寸为4.2μm，符合工程实际的需求。

实施例二

一种小直径无缝镁合金管斜轧工艺，采用如下步骤依次进行：

与上述实施例一相同，依次建立本构方程与轧制模型，最终确定本实施例二中轧制工艺参数为：轧制温度为400℃，顶头前伸量为20mm，选择送进角为7°、顶头直径为Φ30mm、孔喉直径为Φ35mm、轧辊转速为170rpm。

(三)、斜轧穿孔

Ⅰ.待穿孔阶段

(1)、首先将镁合金棒料前端打定心孔Φ15mm×15mm，然后将镁合金棒料放入加热炉中预热，预热温度为420℃，保温时间为1.5小时，使棒料表皮与心部温度相同，留待斜轧穿孔阶段使用；

(2)、启动斜轧穿孔机组，并根据轧制模型设定轧制工艺参数；

Ⅱ.斜轧穿孔阶段

(1)、设备预热：启动电控制柜，使轧辊空转适当时间；预热轧辊与辊道：取前步预热后的一根镁合金棒料不使用顶头进行过料空轧，预热轧辊与辊道；

(2)、移动顶杆小车，调节顶头前伸量，另取一根经预热的镁合金棒料放到辊道中，推杆将棒料推入穿孔区轧辊咬入，镁合金棒料在轧辊跟顶头的作用下进行镁合金棒料斜轧穿孔；

(3)、穿孔完毕后，顶杆小车控制器迅速撤回，使得穿孔后的无缝镁合金管脱离顶杆，然后将无缝镁合金毛管放在冷却台架上空冷至室温；

(4)、将空冷后的无缝镁合金毛管切除头部与尾部，留待后续生产无缝镁合金成品管。

斜轧穿孔后制得的无缝镁合金管的直径为Φ40mm，管壁厚度为5.5mm，轧制过程中未出现无缝镁合金管开裂现象，如图9为本实施例二轧制后无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图所示，分析该图得知轧后平均晶粒尺寸为3.1μm，符合工程实际的需求。

实施例三

一种小直径无缝镁合金管斜轧工艺，采用如下步骤依次进行：

与上述实施例一相同，依次建立本构方程与轧制模型，最终确定本实施例三轧制工艺参数为：轧制温度为500℃，顶头前伸量为25mm，选择送进角为10°、顶头直径为Φ30mm、孔喉直径为Φ35mm、轧辊转速为200rpm。

(三)、斜轧穿孔

Ⅰ.待穿孔阶段

(1)、首先将镁合金棒料前端打定心孔Φ15mm×15mm，然后将镁合金棒料放入加热炉中预热，预热温度为450℃，保温时间为2小时，使棒料表皮与心部温度相同，留待斜轧穿孔阶段使用；

(2)、启动斜轧穿孔机组，并根据轧制模型设定轧制工艺参数；

Ⅱ.斜轧穿孔阶段

(1)、设备预热：启动电控制柜，使轧辊空转适当时间；预热轧辊与辊道：取前步预热后的一根镁合金棒料不使用顶头进行过料空轧，预热轧辊与辊道；

(2)、移动顶杆小车，调节顶头前伸量，另取一根经预热的镁合金棒料放到辊道中，推杆将棒料推入穿孔区轧辊咬入，镁合金棒料在轧辊跟顶头的作用下进行镁合金棒料斜轧穿孔；

(3)、穿孔完毕后，顶杆小车控制器迅速撤回，使得穿孔后的无缝镁合金管脱离顶杆，然后将无缝镁合金毛管放在冷却台架上空冷至室温；

(4)、将空冷后的无缝镁合金毛管切除头部与尾部，留待后续生产无缝镁合金成品管。

斜轧穿孔后制得的无缝镁合金管的直径为Φ40mm，管壁厚度为5.5mm，轧制过程中未出现无缝镁合金管开裂现象，如图10为本实施例三轧制后无缝镁合金管微观晶粒形貌SEM图所示，分析该图得知轧后平均晶粒尺寸为3.4μm，符合工程实际的需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。