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镁合金板材轧制工艺的选择 作为最轻的结构单元，棕榈金已广泛应用于航空航天、汽车、摩托车、电子制造等领域，对其强度和学能的要求也越来越高。传统的铸造镁合金已经渐渐无法满足要求,采用挤压、轧制、锻造等塑性加工工艺生产的变形镁合金产品,由于具有更好的力学性能、 多样化的结构而越来越受到重视。其中轧制因更容易大规模生产大件型材而受到广大科研工作者的关注。 但是,由于镁是密排六方结构,在室温只有3个滑移系,不满足5个滑移系的多晶体塑性变形协调性原则,所以其塑性较低。另镁合金的体积热容较小1781J/(dm3·K),升温和散热降温都比较快,在塑性变形中温度下降很快,且不均匀,易发生边裂和裂纹。这些因素导致镁合金的轧制成型较铝合金要困难很多。所以研究和改进镁合金的轧制工艺和轧制方式,提高其轧制成形性,以得到力学性能优良、二次成形性好的板材是现在急需解决的问题。本工作将分析镁合金轧制成型的特点,综述通过调整工艺和选择轧制方式来提高镁合金的轧制成形性。 1 镁合金的制备工艺 镁属于密排六方晶体结构,在室温下只有1个滑移面(0001),也称基面、底面或密排面,滑移面上有3个密排方向[ˉ1ˉ120]?[ˉ2110][1ˉ1ˉ20]?[2ˉ110]和[ˉ12ˉ10][1ˉ21ˉ0],即密排六方晶体在室温下只有3个滑移系,其塑性比面心和体心立方金属都低,塑性变形需要更多地依赖于滑移与孪生的协调动作;滑移与孪生的协调动作是镁合金塑性变形的一个重要特征。室温下,镁合金的塑性较差,变形困难,且易出现裂纹等变形缺陷,是制约镁合金轧制成形的原因。 所以,镁合金的轧制成型通常在一定的温度下进行。通过轧制可以得到晶粒相对细小的镁合金组织,从而提高其力学性能。但是,目前镁合金的轧制成型多采用普通的对称轧制,轧制后的组织有强烈的(0002)基面织构,不利于后续加工成型。因此,滑移系少、孪生和较强的基面织构导致的成型困难是镁合金轧制成型的重要特点。 镁合金轧制成型的另一个特点是,轧制过程需要多次退火。由于镁合金的体积热容较小,传热系数较大,升温和散热降温都比较快。且在开放的轧制环境中,合金和空气、轧辊等的传热使得轧件的温度下降很快。为了保证轧件的温度在设定的轧制温度范围,道次间需要对轧件进行加热。还因为轧制过程中孪晶和织构的积累,以及加工硬化导致轧制变形越来越困难,所以为了能够继续变形,需要在道次间对轧件进行加热,从而使大量的孪晶发生再结晶,提高材料的塑性,使材料在后续的轧制中不开裂。因此,多次退火就成了镁合金轧制区别于钢等合金的重要特点。 另外,镁合金的诸多特性导致它在轧制成型过程中的其他一些特点。例如,镁合金的塑性差导致轧制中道次压下量较钢和铝等小很多。体积热容小,温度分布不均匀导致轧件易产生裂纹等。 2 镁合金真加工工艺 针对镁合金的上述特点,影响镁合金轧制成型的因素主要有:温度的下降快,轧制过程中的加工硬化,基面织构,退火热处理等。这些因素导致了镁合金轧制过程要控制温度,加热退火;压下量小,要多道次轧制等。还需要有效的控制基面织构,提高轧制成形性和二次成形性。通常通过两个途径改善其轧制成形性,分别是:工艺调节和轧制方式调整。 2.1 镁合金坯料制备 镁合金板材的生产工艺流程依次包括:熔炼,铸造,扁锭,锯切,铣面,一次加热,一次热轧,二次加热,二次热轧,剪切,三次加热,三次热轧,冷轧,酸洗,精轧,成品剪轧,退火,涂漆,固化处理,检查,包装,运输。轧制设备与铝合金相似。镁合金轧制用的坯料可以是铸坯、挤压坯或锻坯。塑性加工性能较好的镁合金如Mg-Mn(Mn2.5%(质量分数))和Mg-Zn合金可直接用铸锭进行轧制。为了消除枝晶,利于轧制成型,铸锭轧制前一般应在高温下进行长时间的均匀化处理。对含铝量较高的Mg-Al-Zn系镁合金,由于枝晶和大量的Mg17Al12相,用常规方法生产的铸锭轧制性能较差,因此常采用挤压坯进行轧制。 轧制工艺中的主要参数和环节包括:轧制温度、变形量、轧制速度、轧制路径、退火等,通过调整这些参数可以达到改善轧件组织,提高轧制成形性的目的。 2.1.1 制备工艺的确定 温度对变形镁合金塑性变形能力具有很大的影响,提高轧制温度可以激活镁合金板材中棱柱面和锥柱面等潜在的滑移系,改善镁合金的塑性,从而大幅度改善镁合金轧制成形能力。但是如果温度过高时,易使板材表面严重氧化而损害表面质量。此外,镁合金变形组织对温度非常敏感,当轧制温度过低时,不能通过动态再结晶细化晶粒,粗大的晶粒组织会存在大量的孪晶。而且这时镁合金材料边部容易开裂,材料内部容易存在不均匀变形,同时产生各向异性,对镁合金板材的二次成形加工非常不利。而轧制温度过高时,有可能发生二次再结晶导致晶粒长大,影响轧后材料的性能。因此镁合金轧制时温度制度的确定十分重要。要确定合理的温度制度,通常需要综合考