镁合金轧制知识

姓名：王荣辉学号：1200901030班级：12材成（1）班镁合金的轧制PPT补充说明通过老师指导，补充了目录5（轧制镁合金缺陷）和目录6（目前市面上生产镁合金板的常用方式）4薄板轧制工艺3轧制方法21镁合金的应用轧制工艺参数CONTENTS目录录5轧制镁合金缺陷6市面上生产镁合金板的常用方式1.板带镁合金的应用

镁能与铝、锌等组成很有工业价值的实用合金，具有很高的比强度与比刚度、有相当高的导热性与导电性、无磁性、并有优异的尺寸稳定性与良好的能量吸收特性[2～4]，是制造抗振零件的良好材料。由于这些特性，使得镁合金作为一种结构材料，在航天航空、交通运输工业、3C产业、国防军工、光学仪器、以及家用电器等领域[5～7]中有十分广泛的用途。

1.1镁合金在交通方面的应用

据测算，汽车自重每减轻10%，燃油效率就可提高5.5%，如果每辆车能使用70kg镁，CO2的年排放量就能减少30%以上。在某些汽车零件中换用镁合金就能减轻整车重量，也就间接减少了燃油消耗量。但从成本上看它仍然偏高于铝合金。尽管如此，镁合金的应用前景仍然看好：汽车工业对镁合金铸件的消费量占镁的消费总量的80%。福特汽车公司已开始用镁合金来制造悬架零件、制动盘和制动钳等；而日本1990年每辆汽车用镁量仅5kg，预计2000年底将增至210kg，占汽车重量的25%。1.2镁合金3C方面的应用

镁合金材料已经普遍应用于笔记本电脑外壳，用镁合金材料替代塑料材料应用于电脑领域后，产品的尺寸精度和散热性都得到了有效改善，同时也因为镁合金的密度小、比重轻，导热性能好且热稳定性高等特点，使得镁合金能够完全适合电子产品对轻、薄、短、小等方面的要求，全球笔记本电脑机壳的使用量也从1997年的462

t已经发展到了2000年的3610t，仅仅在这一领域，镁合金的使用量就已经在短短的4年间增长了近8倍。另有研究表明：镁合金手机外壳可以吸收90%的辐射。

1.3镁合金在航空航天领域的应用

航空航天工业对材料提出了苛刻的性能要求。在减轻相同质量的情况下，战斗机节省的燃油费是商用飞机的10倍，而商用飞机节省的燃油费是汽车的近100倍，飞机质量的减轻可以提高飞机的机动性能，对于战斗机而言，可以提高其战斗力，对于运送用飞机则可以节省运送的花费。镁合金材料能够广泛应用于航空航天事业的重要原因是因为镁合金材料本身质量轻，将镁合金材料用到航天航空系统中，可以极大限度的减少飞机的重量。

2.1轧制温度

温度对于镁合金塑性变形能力具有很大影响。当变形温度达到225℃时，其棱柱面滑移系和锥面滑移系会被激活，此时镁合金的塑性能够有所改善。当温度再次升高时，组织通过动态再结晶过程使晶粒细化，从而提高其力学性能。但是，如果温度过高，表层金属的严重氧化会导致表面质量大幅下降。因此，确定合理的轧制温度对板材成材率的提升有很大意义。在300、330、360℃下分别对AZ31镁合金进行轧制，发现随着轧制温度升高，2.轧制工艺参数

由于再结晶晶粒的长大使得板材硬度逐渐下降。从综合性能来考虑，330℃是较为合适的轧制温度。Pérez-Prado[6-7]和Fatemi-Varzaneh等人在一定温度下对镁合金尝试进行大变形量轧制，在300℃及以上轧制时，而在常温轧制时，单道次极限变形量只有22%。可见镁合金的大变形轧制可以通过提高温度来实现。2.2变形量在镁合金轧制过程中，变形量是一个很重要的参数。变形量大了，容易引起应力集中致使板材开裂。变形量小了，生产效率又很低且影响质量。目前大多以多道次小压下的方式进行，即每道次压下量不超过5%，4～5道次冷轧累积变形量达15%～20%后进行中间退火。近年来，学者发现在较高温度下也可进行大变形轧制。Kim等人在研究异步轧制对镁合金轧制过程的影响时发现，在200℃和上下辊速比3∶1时，能够实现60%的单道次变形量。造成这一现象的主要原因在于孪生和再结晶两种变形机制在变形时消耗大量变形储能，降低了晶界处应力集中程度，抑制了裂纹的产生，从而使轧制过程得以顺利进行。2.3轧制速度当应变速率提高时镁合金的塑性是下降的，因此镁合金板材轧制的速度相对于其他合金来说是较低的。KohUtsunomiya[12]等学者在一定温度下对镁合金进行高速轧制，结果表明当轧制速度达到3m/s后，每道次的压下量能够达到50%，甚至在常温下轧制也不开裂。主要的原因是由于高速轧制时轧辊和轧件接触时间很短，温度损失少，甚至由于轧制过程中的高速变形所产生的大量变形热导致变形升温从而保证了轧制能够保持在一定温度，从而提高了轧制成形能力。2.4退火处理

镁合金板材在轧制过程中会产生大量孪晶，产生严重的加工硬化现象，需要进行退火处理。退火的过程实际上是再结晶的过程，如果想获得理想的综合性能，退火温度应处于完全再结晶的温度范围。退火温度过高会造成再结晶晶粒的长大，反而会降低镁合金的性能。退火温度在150℃，保温时间在30min时，板材尚未开始进行再结晶。当热处理温度在250～300℃时发生完全再结晶，得到的板材平均晶粒尺寸约为5μm；当热处理温度超过350℃时板材再结晶组织粗大。退火时间对板材性能也有较大影响，随着退火时间的延长，再结晶行为使得板材组织更加细小均匀，形变强化进一步消除，同时有产生新的滑移系的趋势，塑性加工性能进一步改善。但当保温时间达到120min时，对组织几乎没有影响，说明在此时间以前再结晶已经全部完成。研究中表明，轧后退火改善了组织与织构，等轴晶变得更加细小均匀，在300℃保温60min退火时得到的综合力学性能最佳。3.轧制方法

3.1铸锭热轧开坯生产工艺熔炼→铸造→铣面→均匀化→加热→热轧→剪切下料→加热→温轧→表面清洗→剪切下料→中间退火→精轧→成品退火→精整→表面处理→包装入库。该生产工艺的优点是能够生产出宽幅中厚板，组织性能比较好，可以大规模连续化生产几乎所有品种的镁合金，产品覆盖高、中端市场；缺点是生产流程长、投资和生产成本相对高，较难实现低成本镁板产品的推广应用，长规格铸锭由于轧制设备的限制无法实现换向轧制，镁合金板材尤其是薄规格

冲压产品各向异性比较明显。目前，利用该工艺生产的企业主要有中铝洛铜、西部钛业、营口银河、重庆奥博等公司。厚板仅需要进行一次或二次热轧，中板采用二次热轧+温轧，薄板采用二次热轧+温轧+冷轧。（工艺图）热轧开坯的镁合金产品热轧开坯的镁合金板AZ40M镁合金板3.2锭坯+挤压工艺+温轧生产工艺该生产工艺的主要特点相比于热轧开坯来说，增加了挤压工艺过程，这有利于消除合金的各向异性、提高镁合金薄板带的冲压性能。但因受设备与工艺的影响，其产品宽度受限（一般在600毫米以下），无法生产厚板产品，生产成本较高且生产连续性不强，适合中小规模尤其是小规格镁合金薄板的生产。利用该工艺生产的企业主要有洛阳华凌镁业、山东华盛荣镁业等公司。3.3双辊铸轧（或连铸连轧）生产工艺

熔炼→合金化→净化→分配器→铸轧→后续轧机温轧→剪切下料→矫直→精轧→精整→表面处理→成品包装。该工艺的优点是投资及生产成本低，生产工艺流程短，可低成本推广镁合金板带产品；缺点是镁合金板带成品宽度受到限制（一般在650毫米以下），产品组织性能不高、生产工艺不稳定、合金品种受限；适合于中小规模生产，产品适合中低端市场，以民用为主。目前，利用该工艺生产的企业主要有山西闻喜银光、福州华镁、洛铜等公司。在铸轧带坯后续生产方面，仍采用块式法温冷轧。4.1镁合金薄板坯水平式双辊连续铸轧

采用水平布置的铸嘴将液态镁合金均匀地送人1对上下或倾斜布置的等径铸辊之间,而得到镁合金板坯,供后续加工处理。板坯厚度约为7一10~,宽度可根据后续轧制的需要进行调整,可达到700~以上。因此,采用该技术可使液态镁合金直接成形为7~10~的薄板坯,经适当热处理后进行轧制而得到需要厚度的镁合金薄板带,大大缩短板带材加工的生产流程,降低生产成本。圈1水平式双辊铸轧工艺示宜圈ngl及七图.tic川留h,ti佣成加州比粗回姗加耐l。时峋德国蒂森钢铁公司在弗莱堡的镁板制造公司已采用水平双辊铸轧技术制备出了厚度为5~6~的重量超过4t的镁合金板坯。澳大利亚CSIRO公司也采用该技术生产出了宽100~60。4.薄板轧制工艺厚2.3一5~的镁合金板材,合金种类包括AZ31、AZ61、AM60和A291,并可成卷.可见,水平双辊铸轧技术制备镁合金薄板坯技术在国外已接近实现工业化。

4.2镁合金薄板坯立式双辊连铸

立式双辊连铸(如图2所示)将镁合金液体注人到水平布置的等径铸辊之间而形成薄板坯,是一种很又发展前途的双辊薄带连铸技术。目前大量的研究集中在钢铁材料的薄带连铸上,已进人工业化应用阶段(如美国的Castrip和欧洲的Euors-triP)，

且最高铸速已达到150m/min,而镁合金薄板坯立式双辊铸造技术的研究和开发才刚起步。组织的细化使强度和塑性增加;采用立式双辊连铸制备了Mg~lA系列合金薄片,研究表明由于细小的晶粒和均匀的组织导致合金强度、硬度、抗腐蚀性能均大大提高。以上镁合金立式双辊连铸工艺在浇铸过程中，基本上未形成稳定的熔池,不是生产连续的薄带,而是生产镁合金薄片或片屑。该工艺要最终获得板带材,还需经过以下加I月几艺流程:片屑~粉碎~真空热压~热挤压或轧制成板材或带材。该工艺过程复杂,工艺流程长,成本高,不适合用于制备量大面广的3C产品。轧制镁合金的缺陷制约镁合金板材发展的因素很多，但最主要还是镁的滑移系少、室温塑性变形能力差，只有温度升高到220℃以上时，镁合金才能获得较好的变形能力。因此，镁合金热加工过程中往往需要进行多次加热。与挤压件和锻件生产相比，镁板的轧制难度更大，主要体现在轧制过程中板材易产生裂纹、产品存在各向异性、道次压下量小、生产效率低、成品率低等方面，但以轧制方式生产板材产品是镁合金大规模开发和应用的重要标志。轧制成型更是由于在工业中易于生产大规模型材等独到优势而成为人们研究的热点。但是由于镁合金密排六方结构的这一自身特点，使其面临着独立滑移系少所导致的塑性成形能力差的问题；同时比热容较小使得轧制过程中的温度变化大和分布不均，易于出现裂纹和卷曲等缺陷，这些原因所造成的轧制成材率较低，致使轧制工艺难以生产大量合格的镁合金型材。目前市面上生产镁合金板的常用方式而近年来很多镁合金生产企业、科研机构、设计院相关技术人员都在考虑利用钢铁行业成熟使用的炉卷轧机进行镁合金热温轧板带的卷式法生产，主要是考虑到炉卷轧机能够在加热或保温状态下能够实现热变形温度范围窄、轧制容易开裂金属的卷式法生产。而且一些生产企业已经在炉卷轧机上实现了有色金属板带如钛及钛合金的试验性轧制及工业化批量生产。但截至到目前，世界范围内还未有以热轧开坯方式在炉卷轧机上实现热温卷式法轧制的试验、试轧或生产的实践和报道。而“炉卷状态”下温轧镁合金带材的试验、试制仅局限在来料为铸轧带坯时。国内重庆市应用技术有限公司和镁合金生产企业合作，利用Φ300×800/Φ650×780毫米四辊不可逆简易炉卷轧机对双辊铸轧带坯进行热温轧制进行镁合金薄板带的生产，年产量约50吨。山西闻喜银光镁业集团利用在传统冷轧机组左右卷取机上加保温罩的方式对该公司生产的600毫米宽度铸轧带坯进行温冷轧加热减薄轧制。在国外，美国法塔亨特公司2010年设计制造了一套类似于钢铁行业使用的炉卷轧机中试生产线，该公司和橡树岭国家实验室、英国伊利可创镁业公司进行合作对镁合金板带进行热温轧卷式法生产，并实现了来料厚度12.7毫米以下、宽度250毫米以下的铸轧卷的试验性轧制，值得注意的是，该中试线核心部件左右卷取加热炉与钢铁行业最大的不同是能实现整卷上、卸料，也就意味着加热炉罩和卷取机具备分离进而实现在/离线模式，其相关开卷取辅助设备也相对复杂。同时，法塔亨特公司认为，炉卷状态热温轧不仅适用于来料为铸轧带坯，也可以进行铸锭热开坯后的连续化卷式法生产，但公司并未进行该项工艺的实践。另外，国内外有色金属加工及设备研制相关专家和技术人员也在考虑能否采用在铝、铜、锌等有色金属板带生产领域使用的哈兹列特生产工艺和装备进行镁合金薄板带的生产，但目前来说，这只是一个概念和想法[8]。利用炉卷轧机对镁合金铸锭进行热轧开坯减薄后进而实现左右炉卷保温或补热状态下连续带式法轧制的最大难点为：不同于钢卷在厚度20~25毫米就可以进行卷取轧制，生产实践表明，镁板带在4~8毫米厚度才可能实现热温卷取连续轧制，如果工业化批量生产的话，其厚度更应该严格限制到4毫米左右。而实际上镁合金板带热轧至4~6毫米时，就需要待温进行第二阶段温冷轧或者是下线进行表面氧化缺陷层的去除后再加热温轧