一種制備高室溫塑性鎂合金板材的軋制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬塑性成型技術領域，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】
[0002] 鎂合金具有低密度、高比強度、高阻尼性、高導電性、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，被視為當今的 "綠色金屬"。作為一種重要的輕質結構金屬材料，鎂合金在汽車制造、通訊電子、航空航天 等工業(yè)領域具有廣泛的應用前景。
[0003] 由于鎂是密排六方（HCP)結構材料，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 合金工程應用的關鍵。
[0004] 目前國內外在變形鎂合金研究方面主要側重于合金成分設計(合金化)、析出強 化、晶粒細化及材料加工成型技術等方面，力圖以此改善和提高鎂合金的強度、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，進而可提高室溫塑性。
[0005] 研究表明，晶粒細化對鎂合金的力學性能的提高，其潛力要遠遠大于鋁合金，因此 利用先進的材料加工方法細化鎂合金晶粒來提高鎂合金的強韌性是改善和提高變形鎂合 金性能的重要途徑之一。據文獻(劉正，張奎、曾小勤著，《鎂基輕質合金理論基礎及其應 用》，機械工業(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 高強變形鎂合金，其強度及斷裂韌性可相當于時效狀態(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 屈服強度343MPa，延伸率13%，比強度甚至超過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；采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高 強鎂合金Mg-2at%Y-lat%Zn，其強度為超級鋁合金的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力（CRSS)比基面滑移 的CRSS要大得多，導致鎂合金室溫變形時塑性較差?？棙媽︽V合金力學性能的影響，其實 質是通過改變各滑移系特別是基面滑移系的Schmid因子，進而影響到強度和塑性的變化。 文獻（Scripta Mater·, 45,2001，89_94)報道，利用等通道轉角擠壓（Equal Channel Angle Press，ECAP)方法制備AZ31鎂合金的織構特征（〈0001M5//ND)與傳統擠壓法制備的AZ31 鎂合金的織構特征（<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用。但因 ECAP的塑性變形模式近乎于 純剪切，因此，ECAP的研究結果預示著：若在熱變形過程中引入較大的切應力，則可以通過 調控織構來達到改善和提高鎂合金塑性的目的。基于此思想，湖南大學陳振華教授做了大 量關于等徑角軋制（ECAR)的研究(鍛壓技術，32 (1 )，2007，32-35 )，研究發(fā)現，ECAR方法制 備的AM60鎂合金的抗拉強度比普通軋制AM60鎂合金的抗拉強度要高67. 5%，室溫拉伸塑性 提高26. 3%。文獻(特種鑄造及有色金屬，32 (3)，2012, 212-215)報道，當壓下量為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，都可以很好的細化晶粒和弱化鎂合金{0002} 基面織構，但因為設備成本高、工藝復雜、產品尺寸偏小，表面質量差等原因，以上方法不能 實現鎂合金板材的量產，因此，如何利用目前工業(yè)界現有的加工設備制備，通過工藝與方法 的改進制備出塑性良好的鎂合金具有重要工程應用價值。

【發(fā)明內容】

[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，提高傳統軋機進料口支撐平臺高度制備高 室溫塑性鎂合金板材。
[0009] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0010] 將雙輥軋機進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軟件模擬結果，如圖2和圖3所示，可以很清楚的看出傳統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，一定會產生嚴 重的剪切變形，從而使平行于板面的{0002}基面織構在切應力的作用下發(fā)生一定角度的 傾轉。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}面織構組分的強 度，從而獲得較高室溫塑性的鎂合金。
[0011] 本發(fā)明通過更換傳統軋機進料口處支撐平臺，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)，從而引進剪切應力，弱化鎂合金板材的基面織構強度，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 程中引入剪切應力的思想來弱化基面織構，這些方法具有細化晶粒和顯著降低基面織構等 優(yōu)點，但也存在明顯缺點。表1列舉了應用本發(fā)明的軋制方法(非對稱進給軋制方法，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傳統軋制坯料在軋制過程中所受應力狀態(tài)。
[0016] 附圖3新軋制方法坯料在軋制過程中所受應力狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(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)明提出的非對稱進給軋制方法進行軋制加 工。將鑄態(tài)4231加工成200謹\50謹父30謹坯料，加熱至3501：，保溫2小時，之后進行一 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非對稱進給軋制方法與常見變形鎂合金制備方法特點對比
[0020]
【主權項】
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，雙輥軋機進料口處支撐 平臺被提高到與下軋輥最高點處于同一高度位置。
2. 根據權利要求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領域，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。其特征是傳統雙輥軋機進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晶、基面織構弱化、板材質量好、可以量產等優(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, 王嶺
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日