異步軋制制備高性能AZ31鎂合金板材研究

1、項(xiàng)目類(lèi)別申報(bào)學(xué)科代碼項(xiàng)目編號(hào)一般項(xiàng)目E010102E041008湖南省自然科學(xué)基金申 請(qǐng) 書(shū)( 表 二 )項(xiàng)目名稱：異步軋制制備高性能AZ31鎂合金板材研究 湖南省自然科學(xué)基金委員會(huì)二 O O 六年制注意：湖南省自然科學(xué)基金申請(qǐng)書(shū)（表二）所填寫(xiě)全部?jī)?nèi)容不得出現(xiàn)申請(qǐng)者及項(xiàng)目組成員的姓名和工作單位，否則，將視為形式審查不合格。項(xiàng) 目 研 究 內(nèi) 容 和 意 義 簡(jiǎn) 介（限400字）選用Mg-Al-Zn系變形鎂合金AZ31板材，進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究變形鎂合金AZ31的異步軋制塑性變形機(jī)制、組織和織構(gòu)變化規(guī)律，探索改善其塑性變形能力和組織的工藝條件，制備高性能變形鎂合金AZ31板材。主要研究?jī)?nèi)容為：(1

2、)分別通過(guò)常規(guī)軋制、異步軋制實(shí)驗(yàn)，測(cè)定AZ31鎂合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線，觀察軋制變形過(guò)程中的組織變化和織構(gòu)變化，探索AZ31的常規(guī)軋制、異步軋制變形規(guī)律和組織變化規(guī)律。(2)研究異步軋制工藝參數(shù)如壓下量、軋制溫度、軋制速率以及軋制方式等對(duì)AZ31鎂合金組織和性能的影響。高性能變形鎂合金的成形和制備技術(shù)是當(dāng)今鎂合金領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。我國(guó)變形鎂合金材料的研制與開(kāi)發(fā)還處于起步階段，國(guó)防軍工航天航空用高性能鎂合金材料仍依靠進(jìn)口，民用產(chǎn)品尚未進(jìn)行大力開(kāi)發(fā)。針對(duì)鎂合金塑性變形能力較差的特點(diǎn)，開(kāi)展塑性變形新技術(shù)、新工藝的研究，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適合變形加工特性的鎂合金及低成本鎂合金變形加工技術(shù)作基礎(chǔ)研究，這對(duì)促進(jìn)變

3、形鎂合金的發(fā)展具有重要意義。一、立論依據(jù) （包括項(xiàng)目的研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，并附主要參考文獻(xiàn)及出處，可加附頁(yè)）對(duì)基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，論述項(xiàng)目的科學(xué)意義；對(duì)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合學(xué)科前沿、圍繞國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要科技問(wèn)題，論述其應(yīng)用前景。(可加附頁(yè))國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小，強(qiáng)度高，阻尼性、切削加工性和鑄造性能好，優(yōu)良的減振性、電磁屏蔽性以及易回收利用等一系列優(yōu)點(diǎn)，被稱為“21世紀(jì)的綠色材料”。因此，越來(lái)越多的鎂合金產(chǎn)品已被用于汽車(chē)、通訊和航天、電子工業(yè)中。但是，作為一種新興材料，鎂的現(xiàn)有使用狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有充分發(fā)揮它的潛在優(yōu)勢(shì)

4、，鎂合金在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用方面的發(fā)展遠(yuǎn)不及鋁合金和鋼鐵工業(yè)，其規(guī)模只有鋁業(yè)的150，鋼鐵工業(yè)的11601。純鎂強(qiáng)度較低，難以作為結(jié)構(gòu)材料直接使用。在鎂合金中添加微量合金元素，即合金化可改善其綜合力學(xué)性能。工業(yè)鎂合金中常用的合金元素有A1、Zn、Mn、Zr、Si、RE、Ag、Cu等。根據(jù)合金中的主要組元，目前常用的鎂合金有5個(gè)系列，即AZ(Mg-A1-Zn-Mn)系列、AM(Mg-A1-Mn)系列、ZK(Mg-Zn-Zr)系列、AS(Mg-A1-Si)系列和AE(Mg-A1-RE)系列。鋁和稀土元素的作用是改善鎂合金機(jī)械性能和鑄造性能，此外添加稀土元素還能細(xì)化晶粒，并提高鎂合金高溫抗蠕變性能；錳能形

5、成A1FeMn化合物，減少鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高鎂合金的耐蝕性；鋅改進(jìn)鎂合金耐蝕性和強(qiáng)度；Zr可細(xì)化晶粒；硅在合金組織中形成硬的硅質(zhì)點(diǎn)，提高鎂合金蠕變強(qiáng)度；銀可以提高鎂合金耐熱性1-3。圖1 變形鎂合金與砂鑄、壓鑄鎂合金性能鎂合金按成形工藝可劃分為兩大類(lèi)，即鑄造鎂合金（ZM）和變形鎂合金（MB）4,5。由于鎂晶體為密排六方結(jié)構(gòu)，基體的獨(dú)立滑移系少，室溫塑性低，塑性成型能力較差，因而鎂合金在鑄造成形領(lǐng)域優(yōu)先得到重視和發(fā)展。鑄造(即液態(tài)成形)是鎂合金的主要成形方法，包括砂型鑄造、金屬型鑄造、重力鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、永久模鑄造和壓鑄等在內(nèi)的多數(shù)鑄造方法均可用于鎂合金成形。傳統(tǒng)的鎂合金鑄造工藝比較

6、成熟，目前，用于汽車(chē)零部件的鎂合金大都以普通壓鑄法生產(chǎn)1。近年來(lái)，鑄造領(lǐng)域中一些新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，如壓力鑄造(Die-casting)技術(shù)，半固態(tài)成型(Semisolid forming)技術(shù)以及 Thixomolding TM專(zhuān)利技術(shù)6，都被用來(lái)開(kāi)發(fā)新型鎂合金材料，并取得了很大的進(jìn)展。與這些工藝生產(chǎn)的鑄態(tài)材料相比，變形鎂合金材料更具發(fā)展前途與潛力，通過(guò)變形可以生產(chǎn)尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過(guò)材料組織的控制和熱處理工藝的應(yīng)用，獲得比鑄造鎂合金材料更高的強(qiáng)度、更好的延展性、更多樣化的力學(xué)性能，從而滿足更多結(jié)構(gòu)件的需要。因此，研究與開(kāi)發(fā)新型變形鎂合金，開(kāi)發(fā)變形鎂合金生產(chǎn)新工

7、藝，生產(chǎn)高質(zhì)量的變形鎂合金產(chǎn)品，是國(guó)際鎂協(xié)會(huì)(IMA)在2000年提出的發(fā)展鎂合金材料的最重要、最具挑戰(zhàn)性且最長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)和計(jì)劃。圖 1對(duì)比了變形鎂合金與普通鑄造、壓鑄鎂合金的典型力學(xué)性能?？梢?jiàn)變形鎂合金具有更大的優(yōu)勢(shì)7。 由于鎂合金具有諸多優(yōu)點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景，從而引起了廣泛的關(guān)注。德國(guó)制定了一個(gè)三年的鎂研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃名為“MADICA”(Magnesium Die Casting的首兩字母縮寫(xiě))，投資1700萬(wàn)美元，聯(lián)合企業(yè)、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎂合金的研究開(kāi)發(fā)。目前奔馳、大眾、福特等汽車(chē)公司為了保證鎂合金原材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)，都在尋求合作伙伴，如美國(guó)通用汽車(chē)公司與挪威海德魯（Norsk Hyd

8、ro8。在鎂合金獲得廣泛應(yīng)用的同時(shí)，對(duì)其性能提出了更高的要求。由于鎂及鎂合金在室溫時(shí)的塑性較差，因此與鋁和銅等傳統(tǒng)的有色金屬相比，鎂及鎂合金的塑性加工一般都采用熱加工。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的鎂合金塑性加工技術(shù)包括鍛造、擠壓、軋制和拉拔等9。鎂合金鍛造的難度較大，研究很少，精鍛工藝更少。目前鎂合金的鍛造技術(shù)主要用于航空航天零件的等溫鍛造。由于鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)很大（鈦、鐵、鎂、鋁分別為16.76W/(m)、83.4 W/(m)、167.25 W/(m)、209.5 W/(m)），為鋼的2倍，并且鍛造溫度范圍較窄（150），因此適合于采用等溫鍛造工藝成形。呂炎教授等10采用等溫鍛造工藝成功地成形了復(fù)雜的鎂合

9、金飛機(jī)上機(jī)匣，是目前我國(guó)最大的鎂合金模鍛件。鎂合金管材、棒材、型材等產(chǎn)品主要采用擠壓成形。鎂合金在常溫下塑性很差，容易脆裂，伸長(zhǎng)率只有4%-5%，難以進(jìn)行塑性加工。200以上時(shí)的塑性明顯提高，225以上時(shí)塑性增長(zhǎng)更快11，所以鎂合金的擠壓適宜在200以上進(jìn)行成形。鎂合金的變形溫度范圍比較狹窄，為了防止與模具之間的溫差而產(chǎn)生裂紋，所以必須對(duì)模具預(yù)熱。但由于鎂合金擠壓變形速度不宜過(guò)快，變形時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，故而模具加熱溫度要稍低于坯料溫度，一般在200300之間。同時(shí)，在擠壓過(guò)程中必須采用潤(rùn)滑劑以可以提高模具壽命。鎂合金MB2在壓力機(jī)上變形時(shí)，變形溫度在(350-450)的范圍內(nèi)塑性最好，而在錘上變

10、形時(shí)，變形溫度縮減為(350-425)，由于MB2對(duì)變形速度極為敏感，所以變形速度不宜過(guò)快12。鎂合金在室溫下塑性很低，軋制加工比較困難，因此最好用熱軋與溫軋。適于軋制的鎂合金牌號(hào)有鎂-錳系的MB1、MB8，鎂-鋁-鋅系的AZ31B以及鎂-鋰系的LA141，可以生產(chǎn)厚板、中板和薄板。鎂合金薄板用于制造汽車(chē)車(chē)體組件之外板(如車(chē)門(mén)、罩蓋、護(hù)板、頂板等)，可大大減輕質(zhì)量。Hosokawa等13研究了軋制溫度對(duì)AZ31鎂合金成形性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)軋制溫度超過(guò)498K(498673K)時(shí)，軋制壓下量可達(dá)85.7%以上而不出現(xiàn)裂紋；而在473K以下的溫度軋制時(shí)，成形性能變差，易出現(xiàn)裂紋。張青來(lái)等14

11、研究了軋制方式對(duì)AZ31鎂合金薄板組織和性能的影響，交叉軋制可使材料的伸長(zhǎng)率顯著提高，0 . 2 和b明顯下降，加強(qiáng)了組織的均勻性和晶粒的等軸性。交叉軋制的AZ31鎂合金薄板具有良好的深沖性能。國(guó)外已在變形鎂合金新合金、新工藝等方面開(kāi)展了大量的研究工作。例如，美國(guó)成功研制了各種系列的變形鎂合金產(chǎn)品，如通過(guò)擠壓+熱處理后的ZK60高強(qiáng)變形鎂合金，其強(qiáng)度及斷裂韌性可相當(dāng)于時(shí)效狀態(tài)的Al7075或Al7475合金。日本組織實(shí)施了“Plat form Science and Technology for Advanced Magnesium Alloy”計(jì)劃15，著重研究鎂的新合金、新工藝，開(kāi)發(fā)超高強(qiáng)

12、變形鎂合金材料和可冷壓加工的鎂合金板材。英國(guó)開(kāi)發(fā)出Mg-Al-B擠壓鑄造鎂合金用于Magnox核反應(yīng)堆燃料罐16。以色列最近也研制出用在航天飛行器上、兼具優(yōu)良力學(xué)性能和耐蝕性能的變形鎂合金17。為了推動(dòng)鎂合金在航空、航天、汽車(chē)、摩托車(chē)以及3C(Computer，Communication，Consumer Electronics Products)產(chǎn)品中的大量應(yīng)用，進(jìn)一步發(fā)展鎂工業(yè)，必須加大鎂合金的成形工藝技術(shù)方面的研究。在國(guó)際鎂協(xié)會(huì)分析開(kāi)發(fā)與應(yīng)用鎂合金的三個(gè)階段中，長(zhǎng)期的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)變形鎂合金的新合金品種、新工藝方法，以適應(yīng)生產(chǎn)高質(zhì)量的薄板、棒、管等產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。異步軋制(asymmetri

13、cal rolling)是指兩工作輥圓周線速度不同而進(jìn)行軋制的工藝過(guò)程。異步軋制輥速的不同是通過(guò)上下軋輥半徑不同或是二者轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不一樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與常規(guī)軋制相比，異步軋制具有顯著降低軋制壓力與軋制扭矩，降低能耗，減少軋制道次，增強(qiáng)軋薄能力，改善產(chǎn)品厚度精度和板形，提高軋制效率的優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)于軋制變形抗力高、加工硬化嚴(yán)重的極薄帶材，其節(jié)能效果更加顯著18。目前，異步軋制已普遍應(yīng)用于薄帶平整、精密帶材軋制等均整矯直工藝。我國(guó)對(duì)異步軋制技術(shù)的研究，起步于上世紀(jì)六十年代末、七十年代初，東北大學(xué)異步軋制研究組在朱泉教授的帶領(lǐng)下，針對(duì)拉直式異步軋制過(guò)程進(jìn)行了深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，解決了異步軋制中的

14、振動(dòng)和板形等問(wèn)題，為異步軋制技術(shù)的推廣奠定了基礎(chǔ)。該課題組在四輥異步軋機(jī)上成功地獲得了厚度為千分之幾毫米的產(chǎn)品，并提出了“彈性塞”理論，完成了異步恒延伸軋制新技術(shù)和極薄帶材軋制新技術(shù)等科研成果19。八十年代末，東北大學(xué)劉燕聲、趙鑲等采用ODF研究了異步軋制對(duì)銅、黃銅和08A1深沖板冷軋和再結(jié)晶織構(gòu)的影響。研究表明異步軋制條件下的冷軋織構(gòu)組份和常規(guī)軋制基本相同；沿板厚方向上織構(gòu)呈現(xiàn)了不對(duì)稱分布；織構(gòu)的散漫程度和強(qiáng)點(diǎn)的位置與常規(guī)軋制也有一定差異，為異步軋制的研究提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)。東北大學(xué)把異步軋制成功的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料軋制之后，又開(kāi)展了象取向硅鋼這種功能材料異步軋制的研究，并取得了一定進(jìn)展。李堯2

15、0研究了異步軋制對(duì)3004鋁合金的變形織構(gòu)以及相應(yīng)的制耳率的影響。實(shí)驗(yàn)表明：異步軋制和常規(guī)軋制板的主要變形織構(gòu)是相同的，均為純銅型織構(gòu)112<111>+213<364>+110<112>，但異步軋制產(chǎn)生的變形織構(gòu)較常規(guī)軋制的強(qiáng)度高，且隨異步軋制速比的提高而增強(qiáng)。同時(shí)，異步軋制的板材中還出現(xiàn)001<110>織構(gòu)。另外，在相同壓下率的情況下，異步軋制板材的深沖制耳率均大于常規(guī)軋制的制耳率。呂愛(ài)強(qiáng)等21通過(guò)異步軋制對(duì)高純鋁箔微取向流變行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：異步軋制與常規(guī)軋制的冷軋織構(gòu)有較大差異高純鋁箔在異步軋制下慢輥和快輥兩側(cè)的織構(gòu)類(lèi)型明顯不同，尤

16、其是旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)001<110>在含量上的差異更大，快輥側(cè)隨形變量的增加冷軋織構(gòu)主要為：S織構(gòu)和102uvw織構(gòu)；而慢輥側(cè)則主要為：旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)001<110>。慢輥側(cè)的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)在相同的速比、相同的形變量下一般要大于快輥側(cè)的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)。劉剛22等人提出在異步軋制下，作用于搓軋區(qū)上的剪切應(yīng)力能有效地改善板材心部的織構(gòu)組態(tài)，并在板材亞表層附近相對(duì)較大的區(qū)域內(nèi)形成理想的冷軋織構(gòu)。異步軋制板材退火后，重新形成了取向集中的Goss織構(gòu)，其磁性均不低于常規(guī)軋制。異速比和張力對(duì)織構(gòu)的影響不大，可在一定的范圍內(nèi)選擇。而劉剛23等人提出雙向軋制能有效地避免剪切應(yīng)力導(dǎo)致織構(gòu)組分偏離，

17、并獲得比常規(guī)軋制板材更為理想的冷軋織構(gòu)組態(tài)。H. Watanabe24等人對(duì)AZ31鎂合金異步軋制研究表明，與普通軋制相比，采用這種方法軋制的板材基面織構(gòu)也有所減弱，c軸向軋制方向偏轉(zhuǎn)了大約5°，板材的塑性得到顯著提高，而強(qiáng)度只是略有降低。而在異步軋制的同時(shí)采用不同的軋制路徑的時(shí)候，也會(huì)使板材的性能發(fā)生改變。由此可見(jiàn)，異步軋制技術(shù)的發(fā)展?jié)摿κ欠浅＞薮蟮摹?duì)鎂合金板材來(lái)講，最重要的是如何控制其織構(gòu)的產(chǎn)生。Mukai等人采用等徑角擠壓的方法，成功地使鎂合金的室溫延展性得到了能很大的提高。另外，采用包括單輥軋制與異步軋制在內(nèi)的非對(duì)稱軋制技術(shù)也能通過(guò)改變軋制變形區(qū)剪切應(yīng)變的方向來(lái)改變鎂合金織

18、構(gòu)。單輥軋制技術(shù)能有效地減弱軋制過(guò)程中鎂合金板材的0001基面取向，提高其壓力成形性能，已被用在AZ31鎂合金的生產(chǎn)中。而異步軋制不僅能夠改善鎂合金軋制織構(gòu)取向，提高其塑性，并且比單輥軋制具有更好的可控性與重復(fù)性，故對(duì)鎂合金的異步軋制也必然要被提上日程。Watanabe等人研究了異步軋制對(duì)AZ31鎂合金織構(gòu)的影響。在擠壓板材中，存在著典型的擠壓鎂合金織構(gòu)，即大部分基面平行于擠壓方向。經(jīng)過(guò)異步軋制后，盡管其織構(gòu)與常規(guī)軋制板材織構(gòu)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，但它使0002極密度方向偏離軋制板材表面法線方向510°，從而減弱軋制板材中的基面織構(gòu)取向?？梢灶A(yù)見(jiàn)，作為一種具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)的壓力加工技術(shù)

19、，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，異步軋制將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。項(xiàng)目的研究意義如前所述，鎂合金的室溫塑性較低又限制了鎂合金的大規(guī)模使用，因此，高性能變形鎂合金的成形和制備技術(shù)是當(dāng)今鎂合金領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，而薄板軋制和沖壓成形更是其中的難點(diǎn)。我國(guó)變形鎂合金材料的研制與開(kāi)發(fā)仍處于起步階段，缺少高性能鎂合金板、棒和型材，國(guó)防軍工航天航空用高性能鎂合金材料仍依靠進(jìn)口，民用產(chǎn)品尚未進(jìn)行大力開(kāi)發(fā)。因此，針對(duì)鎂合金塑性變形能力較差的特點(diǎn)，選用國(guó)外最常用Mg-Al-Zn系商業(yè)用最主要的變形鎂合金AZ31板材采用異步軋制工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究變形鎂合金AZ31的異步軋制塑性變形機(jī)制、組織和織構(gòu)變化規(guī)律，探索改善其塑性

20、變形能力的組織和工藝條件，為改善AZ31的變形能力和組織提供理論依據(jù)。開(kāi)展塑性變形新技術(shù)、新工藝的研究，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適合變形加工特性的鎂合金及低成本鎂合金變形加工技術(shù)做基礎(chǔ)研究，這對(duì)促進(jìn)變形鎂合金的發(fā)展具有重要意義。參考文獻(xiàn)1 劉奎立,杜遠(yuǎn)東.關(guān)于鎂合金及其成形技術(shù)研究J.周口師范學(xué)院學(xué)報(bào),2003,20(5):88-91.2 劉金海,李國(guó)祿,劉根生.鎂合金成形工藝及應(yīng)用研究進(jìn)展J.輕合金加工技術(shù),2001,29(8):1-5.3 N 0gawa,M Shiomi,K 0sakadaJ.國(guó)外金屬加工,2003,24(3):14-20.4 M T Pérez-Prado, O A Rua

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24、royen alloyed high strength alloyJ.Script Mater, 1999, 40(10): 1117-1122.17 Eliezer D,Aghion E,Froes F science and technique of magnesium alloyJ. Advan Perfor Mater,1998,(5):201-203.18 高寅元.異步軋制技術(shù)的發(fā)展J.江西冶金,1990,10(2):45-50.19 Pan Dawei . Deformation Mechanics of Cross Shear Rolling.1989.20 李堯.異步軋制對(duì)30

25、04鋁合金變形織構(gòu)及制耳率的影響J.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),1997,7(2):113-117.21 呂愛(ài)強(qiáng),蔣奇武,王福,等.異步軋制對(duì)高純鋁箔冷軋織構(gòu)的影響J.金屬學(xué)報(bào), 2002,38(9):974-978.22 劉剛,齊克敏,王福,等.異步軋制速比對(duì)3%硅鋼織構(gòu)轉(zhuǎn)變的影響J.金屬學(xué)報(bào), 1998,34(4): 400-405.23 劉剛,齊克敏,賀會(huì)軍,等.異步軋制取向硅鋼的織構(gòu)形成與轉(zhuǎn)變機(jī)理J.鋼鐵研究學(xué)報(bào), 1999,11(10):30-33.24 H Watanabe,T Mukai,K Ishikawa.Differential Speed Rolling of an AZ31 Ma

26、gnesium Alloy and the Resulting Mechanical PropertiesJ. Journal of Materials Science,2004,39:1477-1480.二、研究方案1 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題(可加附頁(yè))研究目標(biāo)選用Mg-Al-Zn系變形鎂合金AZ31板材，進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究變形鎂合金AZ31的異步軋制塑性變形機(jī)制、組織和織構(gòu)變化規(guī)律，探索改善其塑性變形能力和組織的工藝條件，為改善AZ31鎂合金的變形能力和組織提供理論依據(jù)，制備高性能變形鎂合金AZ31板材。主要研究?jī)?nèi)容(1) 以Mg-Al-Zn系變形鎂合金AZ31板材為試驗(yàn)材料

27、，分別通過(guò)常規(guī)軋制、異步軋制實(shí)驗(yàn)，測(cè)定AZ31鎂合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線，觀察軋制變形過(guò)程中的組織變化和織構(gòu)變化，探索AZ31鎂合金的常規(guī)軋制、異步軋制變形規(guī)律和組織變化規(guī)律。(2) 研究異步軋制工藝參數(shù)如壓下量、軋制溫度、軋制速率以及軋制方式等對(duì)AZ31鎂合金組織和性能的影響。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題(1) 探索AZ31鎂合金的常規(guī)軋制、異步軋制塑性變形機(jī)制和組織變化規(guī)律，確定其影響因素。(2) 開(kāi)發(fā)適合AZ31鎂合金板料成型的異步軋制新工藝，主要是確定異步軋制工藝參數(shù)如壓下量、軋制溫度、軋制速率以及軋制方式等，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。2本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處本項(xiàng)目的特色研究與開(kāi)發(fā)新型變形鎂合金，開(kāi)發(fā)變形鎂合金生產(chǎn)

28、新工藝，生產(chǎn)高質(zhì)量的變形鎂合金產(chǎn)品，是國(guó)際鎂協(xié)會(huì)(IMA)在2000年提出的發(fā)展鎂合金材料的最重要、最具挑戰(zhàn)性且最長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)和計(jì)劃。鎂合金的室溫塑性較低又限制了鎂合金的大規(guī)模使用，因此，高性能變形鎂合金的成形和制備技術(shù)是當(dāng)今鎂合金領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，而薄板軋制和沖壓成形更是其中的難點(diǎn)。異步軋制理論和工藝已基本成熟，并已成功的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)之中。與常規(guī)軋制相比，異步軋制具有顯著降低軋制壓力與軋制扭矩，降低能耗，減少軋制道次，增強(qiáng)軋薄能力，改善產(chǎn)品厚度精度和板形，提高軋制效率的優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)于軋制變形抗力高、加工硬化嚴(yán)重的極薄帶材，其節(jié)能效果更加顯著。因此，本課題針對(duì)鎂合金塑性變形能力較差的特

29、點(diǎn)，采用在結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)中比較成熟的異步軋制理論和工藝，對(duì)AZ31鎂合金板材進(jìn)行試驗(yàn)研究。探索AZ31鎂合金異步軋制的塑性變形機(jī)制和組織變化規(guī)律，確定其影響因素。開(kāi)展變形鎂合金AZ31塑性變形新技術(shù)、新工藝的研究，生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量變形鎂合金AZ31板材。本項(xiàng)目的創(chuàng)新之處該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)是通過(guò)AZ31鎂合金的異步軋制試驗(yàn)研究，探索AZ31鎂合金的異步軋制變形規(guī)律和組織變化規(guī)律；針對(duì)鎂合金在擠壓和常規(guī)軋制等塑性變形過(guò)程中易形成基面織構(gòu)的特點(diǎn)，開(kāi)展提高鎂合金塑性加工能力的成形新工藝研究以達(dá)到控制或削弱基面織構(gòu)，開(kāi)發(fā)適合AZ31鎂合金板材成型的異步軋制新工藝，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。3擬采取的研究方法、技術(shù)路

30、線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析（可加附頁(yè)）研究方法主要采用理論分析、試驗(yàn)、檢測(cè)等手段來(lái)研究異步軋制技術(shù)應(yīng)用于AZ31鎂合金塑性加工制備高性能板材問(wèn)題，并做出可行的解決方案，開(kāi)發(fā)出適合AZ31鎂合金板材成型的異步軋制新工藝，從而制備性能優(yōu)良、低成本的鎂合金板材。主要通過(guò)對(duì)AZ31鎂合金擠壓板材分別進(jìn)行常規(guī)軋制、異步軋制，對(duì)比分析其組織變化和織構(gòu)變化、力學(xué)性能等情況，探索AZ31鎂合金異步軋制的變形規(guī)律；擬訂不同的異步軋制工藝參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)，研究工藝參數(shù)對(duì)AZ31鎂合金組織和性能的影響，確定出比較合適的異步軋制工藝參數(shù)。技術(shù)路線制備高性能AZ31鎂合金板材的技術(shù)路線如圖2所示：配 料機(jī)加工熔 煉鑄 造熱

31、擠壓軋 制異步軋制常規(guī)軋制檢 測(cè)取 樣取 樣檢 測(cè)圖2 技術(shù)路線圖以純鎂、鋁、鋅和錳錠為原材料，配制合金成分為3.0%Al，0.8%Zn，0.35%Mn，余量為Mg。在SG2512坩鍋電阻爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為700750，采用RJ系列熔劑作為熔體保護(hù)劑，以防止熔體的氧化和燃燒。澆鑄前將模具（模具內(nèi)腔尺寸為180mm×250mm）預(yù)熱到300350，澆鑄溫度為735左右。將合金鑄錠進(jìn)行車(chē)削加工后，在1250T臥式擠壓機(jī)（擠壓筒直徑為165mm，擠壓比為17.8）上擠壓成橫截面尺寸為120mm×10mm的板坯。擠壓前，擠壓筒、擠壓模具和AZ31鎂合金鑄錠分別預(yù)熱至30035

32、0、360380和380420，鑄錠保溫時(shí)間約為4h。擠壓過(guò)程中采用石墨機(jī)油作為潤(rùn)滑劑，擠壓速度恒定為10mm/s左右。從擠壓板上取樣，進(jìn)行金相組織、晶粒取向和室溫力學(xué)性能檢測(cè)與分析。將擠壓板在擬定的軋制工藝參數(shù)條件下進(jìn)行常規(guī)軋制和異步軋制試驗(yàn)，并取樣，打磨、拋光、腐蝕，通過(guò)MM-6臥式金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡，進(jìn)行觀察及顯微組織的攝影；在WDW100電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，分別測(cè)試不同軋制工藝參數(shù)條件下的常規(guī)軋制鎂合金板材與異步軋制鎂合金板材的抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率；采用X射線衍射儀測(cè)定鎂合金軋制后晶粒的重新排列以及晶粒取向的演變情況，以觀察其織構(gòu)，研究其對(duì)材料力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)方

33、案為了研究AZ31鎂合金板材異步軋制的變形規(guī)律和組織變化規(guī)律，研究工藝參數(shù)對(duì)AZ31鎂合金組織和性能的影響，分別進(jìn)行常規(guī)軋制、異步軋制試驗(yàn)。1) 常規(guī)軋制擬采取的實(shí)驗(yàn)方案如下：(1) 取寬度為120mm、厚度為58mm的楔形AZ31鎂合金擠壓態(tài)板材，在350下一次軋制到左右厚度，分別在軋制板材的不同部位取樣進(jìn)行金相顯微組織和晶粒取向分析。(2) 取用AZ31擠壓板材，在350下交叉軋制成1mm厚的板材，道次變形量控制在20%左右。(3) 取用AZ31擠壓板材，道次壓下量為5，在軋制溫度350、400、450下，分別軋制到2mm。(4) 取用AZ31擠壓板材，軋制溫度為400，在道次壓下量5、1

34、0、20下，分別軋制到2mm。2) 異步軋制擬采取的實(shí)驗(yàn)方案如下：(1) 取用AZ31擠壓板材，異步軋機(jī)的速比為11.05，道次壓下量5，在軋制溫度350、400、450下，分別軋制到2mm。 (2) 取用AZ31擠壓板材，異步軋機(jī)的速比為11.05，軋制溫度400，在道次壓下量5、10、20下，分別軋制到2mm。(3) 取用AZ31擠壓板材，異步軋機(jī)的速比為11.05，道次壓下量5，軋制溫度400，按照如下A、B、C、D四種路徑分別軋制到2mm；A、按同一方向進(jìn)行軋制；B、每一次軋制方向調(diào)頭；C、按同一方向進(jìn)行軋制，每一次軋制時(shí)翻面；D、每一次軋制時(shí)調(diào)頭、翻面。(4) 取用AZ31擠壓板材，道次壓下量10，軋制溫度400，異步軋機(jī)的速比為11，按照如下A、B、C、D四種路徑分別軋制到2mm；A、按同一方向進(jìn)行軋制；B、每一次軋制方向調(diào)頭；C、按同一方向進(jìn)行軋制，每一次軋制時(shí)翻面；D、每一次軋制時(shí)調(diào)頭、翻面?？尚行苑治?1) 目前，大量鎂合金產(chǎn)品主要通過(guò)鑄造