鎂合金軋制知識(shí)

姓名：王榮輝學(xué)號(hào)：1200901030班級(jí)：12材成（1）班鎂合金的軋制PPT補(bǔ)充說明通過老師指導(dǎo)，補(bǔ)充了目錄5（軋制鎂合金缺陷）和目錄6（目前市面上生產(chǎn)鎂合金板的常用方式）4薄板軋制工藝3軋制方法21鎂合金的應(yīng)用軋制工藝參數(shù)CONTENTS目錄錄5軋制鎂合金缺陷6市面上生產(chǎn)鎂合金板的常用方式1.板帶鎂合金的應(yīng)用

鎂能與鋁、鋅等組成很有工業(yè)價(jià)值的實(shí)用合金，具有很高的比強(qiáng)度與比剛度、有相當(dāng)高的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性、無磁性、并有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性與良好的能量吸收特性[2～4]，是制造抗振零件的良好材料。由于這些特性，使得鎂合金作為一種結(jié)構(gòu)材料，在航天航空、交通運(yùn)輸工業(yè)、3C產(chǎn)業(yè)、國防軍工、光學(xué)儀器、以及家用電器等領(lǐng)域[5～7]中有十分廣泛的用途。

1.1鎂合金在交通方面的應(yīng)用

據(jù)測算，汽車自重每減輕10%，燃油效率就可提高5.5%，如果每輛車能使用70kg鎂，CO2的年排放量就能減少30%以上。在某些汽車零件中換用鎂合金就能減輕整車重量，也就間接減少了燃油消耗量。但從成本上看它仍然偏高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應(yīng)用前景仍然看好：汽車工業(yè)對鎂合金鑄件的消費(fèi)量占鎂的消費(fèi)總量的80%。福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量僅5kg，預(yù)計(jì)2000年底將增至210kg，占汽車重量的25%。1.2鎂合金3C方面的應(yīng)用

鎂合金材料已經(jīng)普遍應(yīng)用于筆記本電腦外殼，用鎂合金材料替代塑料材料應(yīng)用于電腦領(lǐng)域后，產(chǎn)品的尺寸精度和散熱性都得到了有效改善，同時(shí)也因?yàn)殒V合金的密度小、比重輕，導(dǎo)熱性能好且熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，使得鎂合金能夠完全適合電子產(chǎn)品對輕、薄、短、小等方面的要求，全球筆記本電腦機(jī)殼的使用量也從1997年的462

t已經(jīng)發(fā)展到了2000年的3610t，僅僅在這一領(lǐng)域，鎂合金的使用量就已經(jīng)在短短的4年間增長了近8倍。另有研究表明：鎂合金手機(jī)外殼可以吸收90%的輻射。

1.3鎂合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

航空航天工業(yè)對材料提出了苛刻的性能要求。在減輕相同質(zhì)量的情況下，戰(zhàn)斗機(jī)節(jié)省的燃油費(fèi)是商用飛機(jī)的10倍，而商用飛機(jī)節(jié)省的燃油費(fèi)是汽車的近100倍，飛機(jī)質(zhì)量的減輕可以提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能，對于戰(zhàn)斗機(jī)而言，可以提高其戰(zhàn)斗力，對于運(yùn)送用飛機(jī)則可以節(jié)省運(yùn)送的花費(fèi)。鎂合金材料能夠廣泛應(yīng)用于航空航天事業(yè)的重要原因是因?yàn)殒V合金材料本身質(zhì)量輕，將鎂合金材料用到航天航空系統(tǒng)中，可以極大限度的減少飛機(jī)的重量。

2.1軋制溫度

溫度對于鎂合金塑性變形能力具有很大影響。當(dāng)變形溫度達(dá)到225℃時(shí)，其棱柱面滑移系和錐面滑移系會(huì)被激活，此時(shí)鎂合金的塑性能夠有所改善。當(dāng)溫度再次升高時(shí)，組織通過動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程使晶粒細(xì)化，從而提高其力學(xué)性能。但是，如果溫度過高，表層金屬的嚴(yán)重氧化會(huì)導(dǎo)致表面質(zhì)量大幅下降。因此，確定合理的軋制溫度對板材成材率的提升有很大意義。在300、330、360℃下分別對AZ31鎂合金進(jìn)行軋制，發(fā)現(xiàn)隨著軋制溫度升高，2.軋制工藝參數(shù)

由于再結(jié)晶晶粒的長大使得板材硬度逐漸下降。從綜合性能來考慮，330℃是較為合適的軋制溫度。Pérez-Prado[6-7]和Fatemi-Varzaneh等人在一定溫度下對鎂合金嘗試進(jìn)行大變形量軋制，在300℃及以上軋制時(shí)，而在常溫軋制時(shí)，單道次極限變形量只有22%?？梢婃V合金的大變形軋制可以通過提高溫度來實(shí)現(xiàn)。2.2變形量在鎂合金軋制過程中，變形量是一個(gè)很重要的參數(shù)。變形量大了，容易引起應(yīng)力集中致使板材開裂。變形量小了，生產(chǎn)效率又很低且影響質(zhì)量。目前大多以多道次小壓下的方式進(jìn)行，即每道次壓下量不超過5%，4～5道次冷軋累積變形量達(dá)15%～20%后進(jìn)行中間退火。近年來，學(xué)者發(fā)現(xiàn)在較高溫度下也可進(jìn)行大變形軋制。Kim等人在研究異步軋制對鎂合金軋制過程的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在200℃和上下輥速比3∶1時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)60%的單道次變形量。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于孿生和再結(jié)晶兩種變形機(jī)制在變形時(shí)消耗大量變形儲(chǔ)能，降低了晶界處應(yīng)力集中程度，抑制了裂紋的產(chǎn)生，從而使軋制過程得以順利進(jìn)行。2.3軋制速度當(dāng)應(yīng)變速率提高時(shí)鎂合金的塑性是下降的，因此鎂合金板材軋制的速度相對于其他合金來說是較低的。KohUtsunomiya[12]等學(xué)者在一定溫度下對鎂合金進(jìn)行高速軋制，結(jié)果表明當(dāng)軋制速度達(dá)到3m/s后，每道次的壓下量能夠達(dá)到50%，甚至在常溫下軋制也不開裂。主要的原因是由于高速軋制時(shí)軋輥和軋件接觸時(shí)間很短，溫度損失少，甚至由于軋制過程中的高速變形所產(chǎn)生的大量變形熱導(dǎo)致變形升溫從而保證了軋制能夠保持在一定溫度，從而提高了軋制成形能力。2.4退火處理

鎂合金板材在軋制過程中會(huì)產(chǎn)生大量孿晶，產(chǎn)生嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，需要進(jìn)行退火處理。退火的過程實(shí)際上是再結(jié)晶的過程，如果想獲得理想的綜合性能，退火溫度應(yīng)處于完全再結(jié)晶的溫度范圍。退火溫度過高會(huì)造成再結(jié)晶晶粒的長大，反而會(huì)降低鎂合金的性能。退火溫度在150℃，保溫時(shí)間在30min時(shí)，板材尚未開始進(jìn)行再結(jié)晶。當(dāng)熱處理溫度在250～300℃時(shí)發(fā)生完全再結(jié)晶，得到的板材平均晶粒尺寸約為5μm；當(dāng)熱處理溫度超過350℃時(shí)板材再結(jié)晶組織粗大。退火時(shí)間對板材性能也有較大影響，隨著退火時(shí)間的延長，再結(jié)晶行為使得板材組織更加細(xì)小均勻，形變強(qiáng)化進(jìn)一步消除，同時(shí)有產(chǎn)生新的滑移系的趨勢，塑性加工性能進(jìn)一步改善。但當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到120min時(shí)，對組織幾乎沒有影響，說明在此時(shí)間以前再結(jié)晶已經(jīng)全部完成。研究中表明，軋后退火改善了組織與織構(gòu)，等軸晶變得更加細(xì)小均勻，在300℃保溫60min退火時(shí)得到的綜合力學(xué)性能最佳。3.軋制方法

3.1鑄錠熱軋開坯生產(chǎn)工藝熔煉→鑄造→銑面→均勻化→加熱→熱軋→剪切下料→加熱→溫軋→表面清洗→剪切下料→中間退火→精軋→成品退火→精整→表面處理→包裝入庫。該生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)是能夠生產(chǎn)出寬幅中厚板，組織性能比較好，可以大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)幾乎所有品種的鎂合金，產(chǎn)品覆蓋高、中端市場；缺點(diǎn)是生產(chǎn)流程長、投資和生產(chǎn)成本相對高，較難實(shí)現(xiàn)低成本鎂板產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，長規(guī)格鑄錠由于軋制設(shè)備的限制無法實(shí)現(xiàn)換向軋制，鎂合金板材尤其是薄規(guī)格

沖壓產(chǎn)品各向異性比較明顯。目前，利用該工藝生產(chǎn)的企業(yè)主要有中鋁洛銅、西部鈦業(yè)、營口銀河、重慶奧博等公司。厚板僅需要進(jìn)行一次或二次熱軋，中板采用二次熱軋+溫軋，薄板采用二次熱軋+溫軋+冷軋。（工藝圖）熱軋開坯的鎂合金產(chǎn)品熱軋開坯的鎂合金板AZ40M鎂合金板3.2錠坯+擠壓工藝+溫軋生產(chǎn)工藝該生產(chǎn)工藝的主要特點(diǎn)相比于熱軋開坯來說，增加了擠壓工藝過程，這有利于消除合金的各向異性、提高鎂合金薄板帶的沖壓性能。但因受設(shè)備與工藝的影響，其產(chǎn)品寬度受限（一般在600毫米以下），無法生產(chǎn)厚板產(chǎn)品，生產(chǎn)成本較高且生產(chǎn)連續(xù)性不強(qiáng)，適合中小規(guī)模尤其是小規(guī)格鎂合金薄板的生產(chǎn)。利用該工藝生產(chǎn)的企業(yè)主要有洛陽華凌鎂業(yè)、山東華盛榮鎂業(yè)等公司。3.3雙輥鑄軋（或連鑄連軋）生產(chǎn)工藝

熔煉→合金化→凈化→分配器→鑄軋→后續(xù)軋機(jī)溫軋→剪切下料→矯直→精軋→精整→表面處理→成品包裝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是投資及生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝流程短，可低成本推廣鎂合金板帶產(chǎn)品；缺點(diǎn)是鎂合金板帶成品寬度受到限制（一般在650毫米以下），產(chǎn)品組織性能不高、生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定、合金品種受限；適合于中小規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品適合中低端市場，以民用為主。目前，利用該工藝生產(chǎn)的企業(yè)主要有山西聞喜銀光、福州華鎂、洛銅等公司。在鑄軋帶坯后續(xù)生產(chǎn)方面，仍采用塊式法溫冷軋。4.1鎂合金薄板坯水平式雙輥連續(xù)鑄軋

采用水平布置的鑄嘴將液態(tài)鎂合金均勻地送人1對上下或傾斜布置的等徑鑄輥之間,而得到鎂合金板坯,供后續(xù)加工處理。板坯厚度約為7一10~,寬度可根據(jù)后續(xù)軋制的需要進(jìn)行調(diào)整,可達(dá)到700~以上。因此,采用該技術(shù)可使液態(tài)鎂合金直接成形為7~10~的薄板坯,經(jīng)適當(dāng)熱處理后進(jìn)行軋制而得到需要厚度的鎂合金薄板帶,大大縮短板帶材加工的生產(chǎn)流程,降低生產(chǎn)成本。圈1水平式雙輥鑄軋工藝示宜圈ngl及七圖.tic川留h,ti傭成加州比粗回姍加耐l。時(shí)峋德國蒂森鋼鐵公司在弗萊堡的鎂板制造公司已采用水平雙輥鑄軋技術(shù)制備出了厚度為5~6~的重量超過4t的鎂合金板坯。澳大利亞CSIRO公司也采用該技術(shù)生產(chǎn)出了寬100~60。4.薄板軋制工藝厚2.3一5~的鎂合金板材,合金種類包括AZ31、AZ61、AM60和A291,并可成卷.可見,水平雙輥鑄軋技術(shù)制備鎂合金薄板坯技術(shù)在國外已接近實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

4.2鎂合金薄板坯立式雙輥連鑄

立式雙輥連鑄(如圖2所示)將鎂合金液體注人到水平布置的等徑鑄輥之間而形成薄板坯,是一種很又發(fā)展前途的雙輥薄帶連鑄技術(shù)。目前大量的研究集中在鋼鐵材料的薄帶連鑄上,已進(jìn)人工業(yè)化應(yīng)用階段(如美國的Castrip和歐洲的Euors-triP)，

且最高鑄速已達(dá)到150m/min,而鎂合金薄板坯立式雙輥鑄造技術(shù)的研究和開發(fā)才剛起步。組織的細(xì)化使強(qiáng)度和塑性增加;采用立式雙輥連鑄制備了Mg~lA系列合金薄片,研究表明由于細(xì)小的晶粒和均勻的組織導(dǎo)致合金強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕性能均大大提高。以上鎂合金立式雙輥連鑄工藝在澆鑄過程中，基本上未形成穩(wěn)定的熔池,不是生產(chǎn)連續(xù)的薄帶,而是生產(chǎn)鎂合金薄片或片屑。該工藝要最終獲得板帶材,還需經(jīng)過以下加I月幾藝流程:片屑~粉碎~真空熱壓~熱擠壓或軋制成板材或帶材。該工藝過程復(fù)雜,工藝流程長,成本高,不適合用于制備量大面廣的3C產(chǎn)品。軋制鎂合金的缺陷制約鎂合金板材發(fā)展的因素很多，但最主要還是鎂的滑移系少、室溫塑性變形能力差，只有溫度升高到220℃以上時(shí)，鎂合金才能獲得較好的變形能力。因此，鎂合金熱加工過程中往往需要進(jìn)行多次加熱。與擠壓件和鍛件生產(chǎn)相比，鎂板的軋制難度更大，主要體現(xiàn)在軋制過程中板材易產(chǎn)生裂紋、產(chǎn)品存在各向異性、道次壓下量小、生產(chǎn)效率低、成品率低等方面，但以軋制方式生產(chǎn)板材產(chǎn)品是鎂合金大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用的重要標(biāo)志。軋制成型更是由于在工業(yè)中易于生產(chǎn)大規(guī)模型材等獨(dú)到優(yōu)勢而成為人們研究的熱點(diǎn)。但是由于鎂合金密排六方結(jié)構(gòu)的這一自身特點(diǎn)，使其面臨著獨(dú)立滑移系少所導(dǎo)致的塑性成形能力差的問題；同時(shí)比熱容較小使得軋制過程中的溫度變化大和分布不均，易于出現(xiàn)裂紋和卷曲等缺陷，這些原因所造成的軋制成材率較低，致使軋制工藝難以生產(chǎn)大量合格的鎂合金型材。目前市面上生產(chǎn)鎂合金板的常用方式而近年來很多鎂合金生產(chǎn)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)院相關(guān)技術(shù)人員都在考慮利用鋼鐵行業(yè)成熟使用的爐卷軋機(jī)進(jìn)行鎂合金熱溫軋板帶的卷式法生產(chǎn)，主要是考慮到爐卷軋機(jī)能夠在加熱或保溫狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)熱變形溫度范圍窄、軋制容易開裂金屬的卷式法生產(chǎn)。而且一些生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)在爐卷軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)了有色金屬板帶如鈦及鈦合金的試驗(yàn)性軋制及工業(yè)化批量生產(chǎn)。但截至到目前，世界范圍內(nèi)還未有以熱軋開坯方式在爐卷軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)熱溫卷式法軋制的試驗(yàn)、試軋或生產(chǎn)的實(shí)踐和報(bào)道。而“爐卷狀態(tài)”下溫軋鎂合金帶材的試驗(yàn)、試制僅局限在來料為鑄軋帶坯時(shí)。國內(nèi)重慶市應(yīng)用技術(shù)有限公司和鎂合金生產(chǎn)企業(yè)合作，利用Φ300×800/Φ650×780毫米四輥不可逆簡易爐卷軋機(jī)對雙輥鑄軋帶坯進(jìn)行熱溫軋制進(jìn)行鎂合金薄板帶的生產(chǎn)，年產(chǎn)量約50噸。山西聞喜銀光鎂業(yè)集團(tuán)利用在傳統(tǒng)冷軋機(jī)組左右卷取機(jī)上加保溫罩的方式對該公司生產(chǎn)的600毫米寬度鑄軋帶坯進(jìn)行溫冷軋加熱減薄軋制。在國外，美國法塔亨特公司2010年設(shè)計(jì)制造了一套類似于鋼鐵行業(yè)使用的爐卷軋機(jī)中試生產(chǎn)線，該公司和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、英國伊利可創(chuàng)鎂業(yè)公司進(jìn)行合作對鎂合金板帶進(jìn)行熱溫軋卷式法生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了來料厚度12.7毫米以下、寬度250毫米以下的鑄軋卷的試驗(yàn)性軋制，值得注意的是，該中試線核心部件左右卷取加熱爐與鋼鐵行業(yè)最大的不同是能實(shí)現(xiàn)整卷上、卸料，也就意味著加熱爐罩和卷取機(jī)具備分離進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在/離線模式，其相關(guān)開卷取輔助設(shè)備也相對復(fù)雜。同時(shí)，法塔亨特公司認(rèn)為，爐卷狀態(tài)熱溫軋不僅適用于來料為鑄軋帶坯，也可以進(jìn)行鑄錠熱開坯后的連續(xù)化卷式法生產(chǎn)，但公司并未進(jìn)行該項(xiàng)工藝的實(shí)踐。另外，國內(nèi)外有色金屬加工及設(shè)備研制相關(guān)專家和技術(shù)人員也在考慮能否采用在鋁、銅、鋅等有色金屬板帶生產(chǎn)領(lǐng)域使用的哈茲列特生產(chǎn)工藝和裝備進(jìn)行鎂合金薄板帶的生產(chǎn)，但目前來說，這只是一個(gè)概念和想法[8]。利用爐卷軋機(jī)對鎂合金鑄錠進(jìn)行熱軋開坯減薄后進(jìn)而實(shí)現(xiàn)左右爐卷保溫或補(bǔ)熱狀態(tài)下連續(xù)帶式法軋制的最大難點(diǎn)為：不同于鋼卷在厚度20~25毫米就可以進(jìn)行卷取軋制，生產(chǎn)實(shí)踐表明，鎂板帶在4~8毫米厚度才可能實(shí)現(xiàn)熱溫卷取連續(xù)軋制，如果工業(yè)化批量生產(chǎn)的話，其厚度更應(yīng)該嚴(yán)格限制到4毫米左右。而實(shí)際上鎂合金板帶熱軋至4~6毫米時(shí)，就需要待溫進(jìn)行第二階段溫冷軋或者是下線進(jìn)行表面氧化缺陷層的去除后再加熱溫軋