鎂合金板材軋制成形的研究現(xiàn)狀

王秋 李寶順 宋美娟

（徐州工程學(xué)院 江蘇徐州 221000）

鎂合金板材軋制成形的研究現(xiàn)狀

王秋 李寶順 宋美娟

（徐州工程學(xué)院 江蘇徐州 221000）

隨著鎂合金應(yīng)用越來(lái)越廣泛，鎂合金軋制技術(shù)作為生產(chǎn)鎂合金板材的生產(chǎn)工藝備受關(guān)注。本文綜述鎂合金軋制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及詳細(xì)介紹常規(guī)軋制工藝以及特殊軋制工藝包括異步軋制、交叉輥軋制、累積疊軋和連續(xù)鑄軋等的基本原理、特點(diǎn)以及發(fā)展近況等，分析不同軋制工藝對(duì)應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

鋁合金；工藝

鎂及鎂合金與其他金屬材料相比具有許多獨(dú)有的優(yōu)異性能，密度小、比強(qiáng)度和比剛度高，與鋼鐵、鋁合金、工程塑料等材料相比，表現(xiàn)出的輕質(zhì)、高阻尼性、高熱導(dǎo)性等一些非常明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。在航空航天、汽車、計(jì)算機(jī)、電子通訊和家電等行業(yè)已有多年的歷史應(yīng)用[2]。此外，印刷領(lǐng)域、模具加工領(lǐng)域?qū)︽V合金板材的需求量不斷增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)很多領(lǐng)域不但開(kāi)始使用鎂合金板材，而且用量不斷在增長(zhǎng)，鎂合金板材是目前深加工領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品。其中軋制鎂合金經(jīng)過(guò)大壓下量的變形，改善細(xì)化鎂合金組織，提高板材的力學(xué)性能[3]。但受鎂合金板材自身密排六方結(jié)構(gòu)，塑性差，成形較困難。鎂合金板材的應(yīng)用受到一定的限制。

1 鎂合金板材軋制現(xiàn)狀

軋制方式是影響鎂合金板材力學(xué)性能和軋制成形性能的主要因素，目前，應(yīng)用在鎂合金板材上的軋制方式分為常規(guī)軋制方式和特殊軋制方式。

1.1 一般軋制方式

根據(jù)溫度可將軋制方式分為三種：熱軋、冷軋、溫軋。盡管鎂合金冷加工性能較差，但在熱軋狀態(tài)下，大部分鎂合金都具有較好的軋制性能。鎂合金板材的熱軋多采用二輥軋機(jī)，大批量生產(chǎn)時(shí)則常用4輥軋機(jī)[4]，鎂合金熱軋板材的組織主要由孿晶、切變帶等變形組織以及細(xì)小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒構(gòu)成。其中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒是主要部分，起到細(xì)化組織的作用，因此熱軋板材的綜合力學(xué)性能較好。

溫度高于冷軋溫度而又低于再結(jié)晶溫度下進(jìn)行的軋制是溫軋。溫軋的目的是在一定的溫度下采用較大的變形量，從而提高抗拉強(qiáng)度，形成厚度小的板材。在細(xì)晶強(qiáng)化、第二相粒子強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化等機(jī)制作用的同時(shí)，溫軋變形過(guò)程中產(chǎn)生的（0001）基面變形織構(gòu)對(duì)鎂合金起到強(qiáng)化作用。熱軋、溫軋雖有工藝簡(jiǎn)單、有利于大批量工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在著一些不足，比如溫度過(guò)高力學(xué)性能較低，不利于控制板型和尺寸等。而利用冷軋工藝可以克服上述不足，但是大部分鎂合金對(duì)冷加工硬化很敏感，對(duì)冷軋板材進(jìn)行不同程度的中間退火或成品退火，可改變其冷變形能力，得到尺寸精度高和最終力學(xué)性能較好的板材。

1.2 特殊軋制方式

1.2.1 異步軋制

異步軋制又稱不對(duì)稱軋制，采用上下軋輥直徑不同的軋機(jī)，軋制時(shí)軋輥角速度相同而線速度不同，以降低軋制力。主要包括，上下輥直徑不相等的異徑異步軋制和上下輥直徑相等但圓周速度不相等的異速異步軋制。

采用小異速比多道次異步軋制技術(shù)提高AZ31室溫成形的可行性中發(fā)現(xiàn)（0002）基面織構(gòu)減弱和塑性應(yīng)變比的降低是板料室溫成形性能提高的根本原因。異步軋制能顯著地細(xì)化晶粒，且一定程度上能減弱（0002）基面織構(gòu)，但隨著晶粒的細(xì)化，杯突值、最大沖壓力都逐漸降低，制耳現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。與同步軋制相比，異步軋制能顯著降低AZ31鎂合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度，細(xì)化晶粒，并且提高其低溫軋制時(shí)的成形能力。此外，異步軋制能夠明顯減弱板材的基面結(jié)構(gòu)，但其強(qiáng)度并不隨異步比增加呈現(xiàn)明顯的單調(diào)遞減規(guī)律。

1.2.2 交叉輥軋制

交叉輥軋制的特點(diǎn)是上下軋輥成一定的角度排列，采用交叉軋制（在在軋制過(guò)程中每個(gè)道次軋向都在原軋向的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)90°的方法，軋向和橫向交替變化，不僅可以使錠坯長(zhǎng)寬比靈活配合，而且能導(dǎo)致晶粒均勻化和等軸化，降低各向異性，改善板材性能。

交叉軋制后，板材的伸長(zhǎng)率顯著提高，而屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度則明顯下降，深沖性能得到明顯改善。文獻(xiàn)中以AZ31鎂合金為對(duì)象采用交叉軋制對(duì)鎂合金進(jìn)行軋制試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，軋后合金晶粒尺寸逐漸增大，強(qiáng)度逐漸上升，伸長(zhǎng)率逐漸下降，不同上下輥速比的剪切應(yīng)力都可以產(chǎn)生晶粒細(xì)化效果，相同的壓下量軋制道次少對(duì)組織和性能比較有利。

1.2.3 累積疊軋

累積疊軋是日本學(xué)者SAITO提出的一種劇烈塑性變形方法。累積疊軋是將表面進(jìn)行表面潔凈處理后的尺寸相等的兩塊金屬薄板材料經(jīng)塑性變形后在一定的溫度下疊軋焊合，從而使材料的組織得到細(xì)化、夾雜物分布均勻，大幅度提高材料的力學(xué)性能。累積疊軋通過(guò)多次重復(fù)復(fù)合軋制使材料獲得較大的累積應(yīng)變，可以細(xì)化晶粒、調(diào)節(jié)板厚，而軋制后不改變材料的最終尺寸，有效的提高材料強(qiáng)度。但累積疊軋加工過(guò)程中板材的（0002）基面結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，不利于后續(xù)的二次成形。

1.2.4 連續(xù)鑄軋

連續(xù)鑄軋被認(rèn)為是制造鎂合金薄板的一種有效的生產(chǎn)方式，逐漸成為研究的焦點(diǎn)。連續(xù)鑄軋技術(shù)是將連續(xù)鑄造與板材熱軋技術(shù)相結(jié)合的一種短流程加工方式，可以直接把鎂合金熔體一次鑄軋成有少量塑性變形的、較薄的板坯。與傳統(tǒng)軋制工藝相比，連續(xù)鑄軋技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：工藝裝備簡(jiǎn)單、緊湊；極大縮短了板材的加工工序，提高生產(chǎn)效率；減少合金的氧化夾雜，使板材截面的連續(xù)性一致。水平連鑄后二次冷卻是非常有效的控制晶粒尺寸的方法，可以改善連續(xù)鑄鎂板質(zhì)量。經(jīng)過(guò)連續(xù)鑄軋可以得到優(yōu)質(zhì)超薄超寬的鎂合金薄板帶材。在鎂合金水平雙輥連續(xù)鑄軋實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，施加電磁場(chǎng)，超聲波或超聲電磁組合場(chǎng)均有利于細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能。

2 結(jié)語(yǔ)

鎂合金作為一種新型材料有著廣闊的前景，而軋制技術(shù)作為生產(chǎn)鎂合金板材的一種重要手段目前仍停留在試驗(yàn)階段，造價(jià)不菲，未得到大規(guī)模推廣。進(jìn)一步改善和優(yōu)化鎂合金板材軋制技術(shù)對(duì)鎂合金的發(fā)展至關(guān)重要。我們需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)鎂合金板材軋制工藝技術(shù)的改進(jìn)與提升，促進(jìn)鎂合金板材技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

[1]薛俊峰.鎂合金防腐技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010（1）：249.

[2]陳振華，等.變形鎂合金[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005（1）：1.

[3]程森.軋制鎂合金板材在印刷、模具等行業(yè)的應(yīng)用[N].中國(guó)金屬通報(bào)，2015，6.

[4]陳振華，等.變形鎂合金[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005：239.

TG335.5

A

1004-7344（2016）09-0235-01

2016-3-10