浅谈AZ31镁合金水平连铸板材轧制工艺研究

摘 要：在航空航天、汽车、火箭生产等多领域被运用到的镁合金材料，成为炙手可热的现代结构材料。本文就应用最多的镁合金AZ31的连铸板材的轧制工艺，进行研究浅论。

关键词：AZ31镁合金；轧制工艺；铸板材

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.003

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结构材料中，质量最轻的材料是镁合金，它的运用已经扩展到了航空领域，还有电子通讯、交通运输等领域。只有不断锻造以及轧制镁合金，使其发生变形，才能拥有更好的力学性能。

1 AZ31镁合金轧制板材及特点

1.1 影响镁合金发展和应用的板材特点

镁合金板材轧制成形，主要存在以下几个特征：

其一，镁合金在室内常温下，其变形性能会大大降低，在轧制中不会轻易导致断裂和变形现象的发生；

其二，镁合金的板材的轧制大都是传统的对称轧制，轧制之后，板材存在着向异性，非常不利于后期的加工；

其三，镁合金轧制道次比铝要小很多，上产效率并不高[1]。

由于这些特点，很多专家学者对如何让改善镁合金的轧制工艺和技术进行了大量的研究，对当前的镁合金轧制工艺的性能和基本原理等金乡了总结，对今后的镁合金板材的轧制做出了铺垫。

1.2 AZ31镁合金轧制的工艺

在镁合金的铸造过程中，形成氧化、粗大晶粒、溶剂夹渣等，镁合金中类似柱状晶体和金属化合物的存在，会严重影响其铸锭的质量，从而影响了镁合金板材轧制的质量和应用。由此看来，对镁合金板胚的制备工艺以及均匀化退火对板胚轧制性能的研究，是非常有必要的。经过半铸的方法来获得AZ31镁合金的板胚，来分析板胚的化学成分和组织，从而研究板胚均匀化热处理，谈论AZ31镁合金板胚的质量问题，为今后完善镁合金板材轧制工艺提供可参考数据[2]。

2 镁合金轧制的工艺参数

2.1 镁合金AZ31轧制中受到的温度影响

以AZ31镁合金为主要研究对象，沿板材横截面取小样，研究板胚组织的形状样貌，通过显微镜观察，可以发现镁合金板胚边缘的基础组织是细小的晶体，有别于板胚内部中心的粗大晶体。造成这种情况的原因，是由于板材的冷却速度不同。

在实际的生产当中，轧辊必须先预热，如果不预热，在轧制过程当中，板材很容易发生边裂，形成各种裂纹。另一方面，轧辊温度过低，就会使板材合金的使用性能大大降低。因此在进行轧制作业之前，要对轧辊预热，预热温度通常要达到160摄氏度左右。并且在轧制环节中，要使轧辊温度保持在200摄氏度至250摄氏度之间即可。

2.2 轧制中重要的参数

镁合金板材轧制变形的量和轧制过程的速度，是控制轧制效率的重要参数。如果镁合金板材有过大的变形量，那么就会使板材边缘发生裂开变。了有效控制这一变量，需要对板材实施躲到轧制程序。采用冷轧制，那么AZ31镁合金变形量最大能够达到20%。但是通常会使用道次压下量以及退火工艺来进行操作，使变形量能够小于25%。

根据相关研究资料表明，当板材在温度很高的条件下进行打压下量的轧制，那么变压制成为让AZ31镁合金具有细小晶体的制备工艺。镁合金应变速率与塑性之间的关系非常密切，在数理中成反比关系。也就是当应变速率增长，那么塑性就会降低。所以，在板材轧制的过程中，要对轧制速度进行控制，并且对镁合金板材控制的速度要低于其他材质。换而言之，控制这一参数，不仅是为了板材轧制的性能不受到热效应的控制和影响，同时也是为了提高轧制板材的质量。所以，轧制速度控制在0.5m/s为宜，速度可随轧制程序加快，但不能超过2.5m/s。

近年来，镁合金板材轧制使用的大都是温轧板或者热轧板。即便如此，在轧制的过程中仍然存在许多需要完善的地方。比如，温度太高容易影响板材形状，并且致使板材表面粗糙；在中高温的情况下，镁合金的性能会降低，这中情况下，轧制厚度低于1mm的话，那么薄板就容易形成皱纹或波纹，还可能发生撕裂。因此，采用冷轧制工艺能够有效地弥补以上问题，从而使镁合金板材性能得到提升，把握板材尺寸精准度。

3 镁合金AZ31轧制的方式

3.1 轧制的特殊工艺

为了控制轧制压力在合理的范围内，并且使板带加工效率得到进一步提升，形成了一种新型的轧制工艺，也就是异步轧制。这一工艺产生的时间比较长，在上世纪初期，德国就开研究并应用。而目前，这一工艺也被广泛地应用在精密带材轧制和薄带平整等多种均整矫直工艺当中。

通过有效地应用异步轧制工艺来轧制镁合金板材，可以让内部晶体组织更细化，提升力学性能。研究表明，当轧制条件相同，使用常规的轧制，板材内存在很大的晶体；使用异步轧制，会让板材内的晶体会变的细小和均匀。这说明异步轧制有利于让板材内的晶体再结晶，让镁合金材料内的晶体细化和等轴化。这中差异的形成，是因为常会轧制和异步轧制过程中，应力变化和金属流动的特点所决定的。

3.2 提升AZ31镁合金轧制效率的措施

镁合金作为最轻的一种金属，不仅具有较高的强度，而且刚性足。所以在轧制中，影响轧制效率的因素主要有温度、速度以及热处理等。所以在轧制中要对这些因素进行控制，然后进行多道次压下量小的轧制处理。一般通过两种途径来改善轧制成形。一是调整轧制工艺和方式，二是控制轧制温度。

在进行AZ31B镁合金的研究时，将开轧温度控制在450℃至460℃之间，将终轧温度控制在260℃至300℃之间，能够使板材性能得到理想的控制。另外，需要注意的是在相同变量下，轧制温度越高，就会降低板材硬度，所以将温度控制在330℃，得到的板材综合性能最佳。

4 结束语

镁合金的轧制方式以及工艺参数对于镁合金板材的性能与组织构造有着非常密切的关联，所以在轧制中，要对工艺参数进行深入分析，并选择适合的温度实施轧制，从而控制板材的成型以及提高板材的性能。

参考文献：

[1]张青来，郭海玲，Bondarev A B，Bondarev B I，韩伟东，周娅莉，孙毓蔚.AZ31B变形镁合金板坯的组织与性能研究[J].金属热处理，2011，8（07）：24-28.

[2]张丁非，方霖，刘郭平，戴庆伟.镁合金板材轧制技术与工艺的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2010，10（05）：96-102.