一种制备高室温塑性镁合金板材的轧制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属塑性成型技术领域，涉及镁合金板材的轧制成型方法，特别 涉及到制备高室温塑性镁合金板材的轧制方法。
【背景技术】
[0002] 镁合金具有低密度、高比强度、高阻尼性、高导电性、良好电磁屏蔽性和尺寸稳定 性，特别是镁合金具有资源丰富，制造成本低，易回收、无污染等环保特性，被视为当今的 "绿色金属"。作为一种重要的轻质结构金属材料，镁合金在汽车制造、通讯电子、航空航天 等工业领域具有广泛的应用前景。
[0003] 由于镁是密排六方（HCP)结构材料，其塑性变形在室温下仅限于基面 {0001}〈11-20〉滑移及锥面{10-12}〈10-11〉孪生，因此镁合金的室温塑性加工能力较差。 因而，大多数镁合金制品的加工仅限于铸造（Casting)特别是压铸成型，而工业广泛应用的 锻压（Forging)、挤压（Extrusion)、乳制（Rolling)等塑性加工制备的变形镁合金制品则 很少，极大地限制了镁合金的应用范围。因此，有效地改善和提高镁合金室温塑性是解决镁 合金工程应用的关键。
[0004] 目前国内外在变形镁合金研究方面主要侧重于合金成分设计(合金化)、析出强 化、晶粒细化及材料加工成型技术等方面，力图以此改善和提高镁合金的强度、塑性、抗 腐蚀、抗蠕变和疲劳等性能。在镁中加入锂（Li)、铟（In)及银（Ag)等合金元素可使轴比 (1. 633)降低至1. 618,可激发棱柱面{10-10}〈11-20〉滑移，进而可提高室温塑性。
[0005] 研究表明，晶粒细化对镁合金的力学性能的提高，其潜力要远远大于铝合金，因此 利用先进的材料加工方法细化镁合金晶粒来提高镁合金的强韧性是改善和提高变形镁合 金性能的重要途径之一。据文献(刘正，张奎、曾小勤著，《镁基轻质合金理论基础及其应 用》，机械工业出版社，2002年9月第一版：34)报道，采用挤压+热处理的方法制备的ZK60 高强变形镁合金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的A17075或A17475合金；采用快速 凝固（RS) +粉末冶金（PM) +热挤压复合工艺开发的Mg-Al-Zn系EA55RS变形镁合金，成为 迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，其代表性挤压镁合金的 屈服强度343MPa，延伸率13%，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性（300°C，436% )， 腐蚀速率与2024-T6铝合金相当；采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高 强镁合金Mg-2at%Y-lat%Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐 蚀性；
[0006] 众所周知，镁合金室温变形时，非基面滑移的临界分解切应力（CRSS)比基面滑移 的CRSS要大得多，导致镁合金室温变形时塑性较差。织构对镁合金力学性能的影响，其实 质是通过改变各滑移系特别是基面滑移系的Schmid因子，进而影响到强度和塑性的变化。 文献（Scripta Mater·, 45,2001，89_94)报道，利用等通道转角挤压（Equal Channel Angle Press，ECAP)方法制备AZ31镁合金的织构特征（〈0001M5//ND)与传统挤压法制备的AZ31 镁合金的织构特征（<〇〇〇l>//ND)存在显著差异，在晶粒尺寸相同情况下，前者的室温拉伸 塑性（~50%)要比后者的（~17%)高出近三倍，同时具有高的加工硬化率。鉴于ECAP方法 制备出的材料尺寸的局限性，该方法难以广泛实际应用。但因 ECAP的塑性变形模式近乎于 纯剪切，因此，ECAP的研究结果预示着：若在热变形过程中引入较大的切应力，则可以通过 调控织构来达到改善和提高镁合金塑性的目的。基于此思想，湖南大学陈振华教授做了大 量关于等径角轧制（ECAR)的研究(锻压技术，32 (1 )，2007，32-35 )，研究发现，ECAR方法制 备的AM60镁合金的抗拉强度比普通轧制AM60镁合金的抗拉强度要高67. 5%，室温拉伸塑性 提高26. 3%。文献(特种铸造及有色金属，32 (3)，2012, 212-215)报道，当压下量为24%左 右时，异步轧制（DSR)制备的AZ31镁合金板材较普通轧制方法制备的AZ31镁合金板材抗 拉强度提高15%，室温拉伸塑性提高20. 2%。专利（CN101041167A)提出了一种非对称挤压 (AEP)的成型方法，用以改善镁合金室温塑性变形能力，该方法可以将镁合金的室温拉伸延 伸率提1?到26%。
[0007] 以上常用的镁合金塑性成型方法，都可以很好的细化晶粒和弱化镁合金{0002} 基面织构，但因为设备成本高、工艺复杂、产品尺寸偏小，表面质量差等原因，以上方法不能 实现镁合金板材的量产，因此，如何利用目前工业界现有的加工设备制备，通过工艺与方法 的改进制备出塑性良好的镁合金具有重要工程应用价值。
【发明内容】
[0008] 为了提高镁合金的室温塑性，使镁合金得到更为广泛的应用，本发明提供了一种 低成本制备高室温塑性镁合金板材的轧制方法，提高传统轧机进料口支撑平台高度制备高 室温塑性镁合金板材。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 将双辊轧机进料口支撑平台提高到与下轧辊最高点等高位置，如图1所示。通过 Deform软件模拟结果，如图2和图3所示，可以很清楚的看出传统轧制坯料上下面受力对 称，而本发明方法轧制坯料上下面受力不对称，因此采用本方法轧制变形时，一定会产生严 重的剪切变形，从而使平行于板面的{0002}基面织构在切应力的作用下发生一定角度的 倾转。轧制后在晶粒尺寸减小的同时，降低了平行于轧制方向的{0002}面织构组分的强 度，从而获得较高室温塑性的镁合金。
[0011] 本发明通过更换传统轧机进料口处支撑平台，将新平台厚度增加，使新的支撑平 台与下轧辊的最高点处于同一水平位置，进而使镁合金坯料在轧制时上下表面处于不同 的受力状态，从而引进剪切应力，弱化镁合金板材的基面织构强度，提高镁合金板材室温塑 性。
[0012] 本发明的效果和益处：
[0013] 为了提高镁合金室温塑性的目的，科研人员提出了许多新的变形镁合金的制备 方法，最常见的提高镁合金室温塑性的加工方法包括：等径角挤压（ECAP)、等径角轧制 (ECAR)、异步轧制（DSR)和非对称轧制（AEP)，这些变形镁合金制备方法都是基于在变形过 程中引入剪切应力的思想来弱化基面织构，这些方法具有细化晶粒和显著降低基面织构等 优点，但也存在明显缺点。表1列举了应用本发明的轧制方法(非对称进给轧制方法，AFR) 与常见变形镁合金制备方法的优缺点，从表2中可以看出，AFR加工方法可以克服ECAP、 ECAR、DSR和AEP等方法的缺点，可以制备出高质量和高室温塑性的镁合金板材。
【附图说明】
[0014] 附图1轧制示意图。
[0015] 附图2传统轧制坯料在轧制过程中所受应力状态。
[0016] 附图3新轧制方法坯料在轧制过程中所受应力状态。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0018] 市场购得AZ31镁合金铸锭。采用本发明提出的非对称进给轧制方法进行轧制加 工。将铸态4231加工成200謹\50謹父30謹坯料，加热至3501：，保温2小时，之后进行一 次轧制成型，所得到AZ31镁合金板材的尺寸为300mmX50mmX20mm。其微观组织为等轴晶， 晶粒平均尺寸为11 μ m，室温延伸率均值为21. 2%，在同等轧制条件下，较普通轧制延伸率 提闻35%。
[0019] 表1非对称进给轧制方法与常见变形镁合金制备方法特点对比
[0020]
【主权项】
1. 一种制备高室温塑性镁合金板材的轧制方法，其特征在于，双辊轧机进料口处支撑 平台被提高到与下轧辊最高点处于同一高度位置。
2. 根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于：所述的镁合金是变形镁合金。
【专利摘要】本发明属于有色金属塑性成型技术领域，涉及镁合金板材的轧制成型方法，特别涉及到制备高室温塑性镁合金板材的轧制方法。其特征是传统双辊轧机进料口处支撑平台被提高到与下轧辊最高点处于同一高度位置。本发明的效果和益处是可以获得细晶、基面织构弱化、板材质量好、可以量产等优点同时具有的镁合金板材。
【IPC分类】B21B1-22
【公开号】CN104801541
【申请号】CN201410032459
【发明人】王轶农, 王岭
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月23日