镁合金薄板在线加热轧制工艺与组织性能研究

摘要

镁合金作为21世纪最具发展前景的“绿色工程材料”，在轨道交通、航空航天、国防军工、3C等领域具有广阔的应用前景。与铸造镁合金相比，镁合金板材的实际工业应用较少，虽然国内外挤压镁板的生产工艺已相对成熟且成本不高，但由于受挤压生产设备等限制，挤压镁板宽度小于600mm且厚度大于2mm，限制了其应用。轧制镁板突破了板材宽度和厚度的限制，但是传统轧制镁板生产过程中，轧制温度必须控制在573K以上，且需要多道次小压下量和中间重复多次退火工艺，导致轧制镁薄板成本非常高，严重影响镁板的工业应用和推广。
　　本文采用在线加热四辊可逆实验轧机对4mm厚的镁合金板材进行在线连续轧制。通过金相显微镜（OM）、电子背散射衍射技术（EBSD）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射技术（XRD）等分析与表征手段，系统研究了在线加热工艺条件下恒温、变温、低温小压下量和不同轧制道次下制备的AZ31B镁合金薄板的显微组织、宏观织构、力学性能和成形性能之间的内在联系，并与传统轧制工艺实验相对比，探索一种新型镁合金板材的制备技术。通过室温拉伸试验和埃里克森杯突试验（Erichsen test）测试镁合金薄板的力学性能和塑性变形性能，得到以下主要结果。
　　①在线加热恒温轧制条件下制备出的镁板，具有较好的综合力学性能，在443K恒温轧制时镁合金板材的屈服强度为280－320MPa，屈强比为0.77－0.84，断裂延伸率为10.7%－15.4%。当轧制温度上升至563K以上时，镁轧板无肉眼可观察到的边裂产生，板形质量非常好，其屈服强度为220－240MPa，抗拉强度为330－350 MPa，断裂延伸率为16－20%。
　　②研究发现在线加热连续轧制工艺能有效的诱导动态再结晶在较低温度下发生，且连续多道次的在线加热工艺能加速动态再结晶过程，并细化AZ31B镁板的显微组织，改善板材的综合力学性能及各向异性问题。
　　③在线加热连续轧制工艺条件下终轧温度对板材的力学性能的影响较大，在变温轧制制度中，升温轧板的性能与恒温轧制中623K轧板值相似；降温轧板性能与恒温轧制中的503K轧板值近似。
　　④在线加热连续轧制工艺条件下，低温小道次压下量制备的镁板各向异性较大。353K低温轧制镁板晶粒内部含有大量的{101?1}/56o压缩孪晶，对于443K低温轧制，出现大量细密的{101?2}/86o拉伸孪晶。
　　⑤经在线恒温（533K）、大道次压下量（25－30%）连续轧制后，所有道次轧后镁板的晶粒尺寸分布均满足标准对数正态分布。轧制状态下，第三道次获得了最优的力学性能，沿轧制方向的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为232 MPa、347 MPa和21%。

目录

1 绪 论

1.1 镁及镁合金塑性变形机制

1.2 镁合金塑性变形时的组织与织构的研究现状

1.3 镁合金板材轧制工艺

1.4 镁合金板带材的市场应用现状

1.5 本课题的研究目的和意义

1.6 本课题的主要研究内容和研究成果

2 镁合金在线加热连续轧制技术的开发

2.1 在线加热连续轧制装置

2.2 在线加热连续轧制工艺过程

2.3 在线加热连续轧制工艺特点

3 在线加热恒温轧制工艺对镁合金板材组织性能的影响

3.1 引言

3.2 实验材料和方法

3.3 实验结果

3.4 分析与讨论

3.5 本章小结

4 在线加热变温轧制工艺对镁合金板材组织性能的影响

4.1 引言

4.2 实验材料和方法

4.3 实验结果

4.4 分析与讨论

4.5 本章小结

5 在线加热低温小道次变形量轧制工艺对镁合金板材组织性能的影响

5.1 引言

5.2 实验材料和方法

5.3 实验结果

5.4 分析与讨论

5.5 本章小结

6 在线加热工艺条件下轧制道次对镁合金板材组织性能的影响

6.1 引言

6.2 实验材料和方法

6.3 实验结果

6.4 分析与讨论

6.5 本章小结

7 传统轧制和在线加热连续轧制制备镁合金板材的工艺、组织与性能比较

7.1 引言

7.2实验材料和方法

7.3 实验结果

7.4 分析与讨论

7.5 本章小结

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录