镁合金板材轧制工艺及组织性能的思考

张玉辉

【摘 要】镁合金板材在各领域均较为常用，提高板材制作时的轧制工艺水平、增强板材的组织性能，是提高各领域材料质量的基础。本文通过实验的方式，从板锭工艺、轧制工艺、退火工艺及组织结构等方面入手，对镁合金板材轧制工艺及组织性能的有关问题进行了研究。通过对实验结果的筛选，确定了一套较具可行性的轧制方案，以其能够为有关领域提供参考。

【关键词】镁合金板材；轧制工艺；组织性能

中图分类号： TG337 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）35-0043-002

Rolling process and microstructure and properties of magnesium alloy sheet

ZHANG Yu-hui

（Tongling University， Tongling， Anhui 244000， China）

【Abstract】Magnesium alloy sheet is commonly used in various fields. It is the basis to improve the quality of materials in various fields to improve the rolling process and improve the microstructure and properties of the sheet. In this paper， by means of experiments， starting from ingot technology， rolling technology， annealing process and organizational structure and other aspects of magnesium alloy sheet rolling process and organizational performance of the issues were studied. Through the screening of the experimental results， a set of more feasible rolling plan was determined， which can provide a reference for the relevant fields.

【Key words】Magnesium alloy sheet； Rolling process； Microstructure and property

0 前言

鎂合金结构以晶体结构为主，室温下观察，可见1个滑移面及3个滑移系。根据变形协调性原则可知，存在3个滑移系的晶体结构，可塑性较差。如该问题得不到解决，极容易对板材的推广应用造成阻碍。随着镁合金板材制作技术水平的不断提高，铸钉、轧制、热处理等工艺，已成为了板材制作过程中所应用的主要工艺。滑移系不足，不再是困扰镁合金板材制作的难题。为进一步提高板材的制作质量，对各项工艺的使用方式及板材的组织性能加以研究较为必要。

1 仪器与方法

1.1 仪器准备

本实验所需准备的原料及仪器如下：（1）实验所需原料包括Al、Mg、Ca及Sr等。（2）实验所需准备的仪器，包括电阻炉、铸模等。其中，电阻炉功率为40kW，型号为SG2。铸模模具的材质以中碳钢为主，耐温性能强。考虑熔铸过程中，Ca与Sr等物质，容易与溶剂之间发生反应[1]。本实验决定将1.5%的SF6+Ar气体应用到熔铸过程中，达到保护溶剂的目的。

1.2 实验方法

（1）轧制初始温度为450℃-460℃，终轧温度260-300℃，变形量15%-20%。（2）采用测温仪测量板材的温度，当温度下降至260℃以下时，可给予回炉加温。（3）实验过程中，温轧温度应处于260℃之下，变形量应处于25%-30%之间[2]。（4）冷轧过程中，变形量应适当减小。实践研究表明，将冷轧变形量控制在5%左右较为适宜。（5）2次实验过程中，退火间累积变形量（即总变形量）应控制在25%左右。（6）当热轧、温轧及冷轧结束后，需从0°、45°及90°三方面入手进行拉伸实验，观察镁合金板材的组织性能。

2 结果

通过对实验所得到的数据的观察，得到结果如下：

2.1 镁合金板锭工艺

通过对镁合金制造过程中，Ca及Sr对其镁合金板材晶粒尺寸的影响的观察发现：（1）加入0.1%Sr时，晶粒尺寸细化量为118μm；加入0.1%Ca时，晶粒尺寸细化量为110μm。（2）加入0.3%Sr时，晶粒尺寸细化量为115μm；加入0.3%Ca时，晶粒尺寸细化量为108μm。（3）加入0.5%Sr时，细化量为1μm；加入0.5%Ca时，细化量为90μm。

2.2 镁合金轧制工艺

2.2.1 热轧工艺

通过对热轧工艺过程的观察发现：（1）热轧得到的镁合金板材，具有边裂小的特点，且板材表面具有较好的光洁度。（2）当终轧温度下降到260℃以下时，边裂产生。且随温度的下降，板材中部逐渐出现裂纹。（3）将热轧温度控制在100℃-160℃之间，采用反复加热的方式，将轧件加热，可有效降低裂缝的产生几率。

2.2.2 温轧工艺

温轧的目的在于在提高变形量的基础上，使板材的抗拉强度得以增强。通过对本实验温轧工艺过程的观察发现：（1）当温轧温度≤260℃，变形量处于25%-30%之间时，板材的抗拉强度可得到一定程度的提升。（2）大规模生产过程中，温轧的温度及均匀性均很难得到保证。一旦变形量加大，轧制过程中，裂缝很容易产生，进而对板材的质量造成影响。endprint

2.2.3 冷轧工艺

冷轧的目的在于在降低变形量的基础上，提高镁合金板材的质量。需注意的是，冷轧过程中，变形量一般应控制在5%左右，才可达到预防裂缝的目的。本实验中，冷轧变形量为5%，可有效满足该要求。通过对加工结果的观察，未见裂缝产生。表明，以该变形量为基础进行冷轧，效果较好，实践应用价值较高。本实验中，冷轧总变形量为25%，符合AZ31B镁合金板材对冷轧总变形量（25%-30%）的要求。

2.3 镁合金退火工艺

与热轧及温轧相比，冷轧的优势在于可有效提高镁合金板材的强度，但却存在着延伸率低的缺陷，对板材抗冲击性能的影响较大。为解决该问题，对板材进行加工硬化，弥补冷工艺的缺陷较为必要。通过对不同厚度板材冷轧后退火实验结果的观察发现，当退火温度处于180℃-260℃之间、退火时间为40min-60min之间时，工艺结束后，板材的晶粒直径可达14μm，强度≥270MPa，延伸率>16%。表明，将退火工艺与冷轧工艺联合应用到镁合金板材的加工中，在提高板材质量方面，应用价值较高。

2.4 镁合金组织结构

通过对冷轧、热轧及温轧过后镁合金板材组织结构的观察发现：（1）采用热轧与冷轧两种方式处理镁合金板材，处理后所得到的板材在显微组织方面对比，差异较大。热轧得到的板材，显微镜下观察可见动态再结晶现象。冷轧得到的板材，显微镜下观察则可见孪晶存在。（2）采用热轧与冷轧两种方式处理镁合金板材，所得板材的基面积组分情况同样不同。由热轧得到的板材，基面与板面平行。由冷轧所得到的板材，基面则与板面呈18°角分布。（3）经退火处理得到的板材，组织结构特征与未退火前相比不会发生改变，但基面的极密度则会显著降低。

3 讨论

3.1 Ca与Sr的加入对晶粒尺寸的影响

通过对Ca与Sr的加入后镁合金板材晶粒尺寸的观察发现，将两种物质加入后，镁合金板材晶粒均可得到了一定的细化，对板材成形性能的增强较为有利。将微量Ca加入板材后，高浓度的Ca，可抑制晶体生长，使得晶体的细化程度得以提升。Sr加入后，该物质可与Mg及Ml等相互反应，反应后所得到的物质，同样具有细化镁合金板材晶体的作用。通过对Ca与Sr细化效果的对比观察可以发现，两者的细化效果基本无差异。表明，将Ca或Sr应用到镁合金板材的加工中，均可取得良好的效果。

3.2 镁合金轧制工艺对轧制效果的影响

镁合金板材的轧制过程，包括热轧、温轧、冷轧三大流程。热轧的作用在于促使板材成形，温轧的作用在于提高板材的抗拉强度，冷轧的作用，则在于提高板材质量，降低裂缝等病害的发生几率。三大流程中，每项工艺对温度及变形量等的要求均较高。将热轧的开轧温度控制在450℃-460℃，终轧温度控制在260℃-300℃、温轧温度控制在260℃以下、冷轧变形量控制在5%左右，即可获得较好的制作效果。轧制结束后，为进一步提高板材质量，需通过退火工艺，对板材进行进一步的处理。退火温度应确定为300℃，时间应控制在45min-60min之间，以确保退火效果能够满足工艺的需求。

3.3 镁合金轧制工艺对板材组织结构的影响

通过对镁合金轧制工艺对板材组织结构的影响的观察发现，热轧得到的板材，显微镜下观察可见动态再结晶现象，基面与板面平行。冷轧得到的板材，显微镜下观察可见孪晶现象，基面与板面呈18°角。经退火处理得到的板材，组织结构特征与未退火前相比不会发生改变。表明，上述工艺的应用价值较高。

4 结论

综上所述，通过对热轧、温轧、冷轧、退火四项流程，对镁合金板材的轧制工艺及组织结构影响的观察发现，严格控制轧制温度以及变形量，是提高板材成形效果与抗拉强度、提高板材质量的主要途径。未来，镁合金板材制作过程中，有关人员可以以本实验所提供的数据为参考，结合制造企业的实际情况制作镁合金板材，使板材的质量能够得到进一步的提升。

【参考文献】

[1]张晓旭，杜子学.等通道角轧制对汽车车身用轻質镁合金板微观组织与力学性能的影响[J].锻压技术，2017，42（03）：154-158.

[2]胡冬，周涛，杨朝.轧制变形程度对AZ31镁合金板材组织与性能的影响[J].精密成形工程，2016，8（02）：12-14+21.endprint