轧制是生产镁合金板材的主要方法之一,可灵活生产不同厚度和宽度的板材。轧制是塑性成形方法中制备镁合金板材经济有效的方法,轧制过程可以细化晶粒,改善组织并显著提高合金的力学性能,多年来已经发展了许多种轧制技术。然而,目前镁合金板材轧制技术还不成熟,轧后板材各向异性高,冲压成形性差,边缘开裂严重,材料利用率低,因此,需要通过研究镁合金板材的轧制方法来促进镁合金发展。
镁合金轧制方式有哪些?
轧制方式可分为常规轧制和特殊轧制。常规轧制分为:传统轧制、热挤压轧制和双辊连续铸轧;特殊轧制主要有:异步轧制、交叉轧制、大应变轧制、电脉冲轧制等。
镁合金热轧板材的组织主要由孪晶、切变带等变形组织及细小的动态再结晶晶粒组成。动态再结晶是其主要的细化机制。热轧过程中,温度、变形量、变形速率等因素将会影响组织形态与再结晶的发生。具体为:高温促进位错滑移,增加形核率,可提高再结晶组织的比例;高应变速率使位错急剧堆积,应力集中得不到释放,抑制动态再结晶的形核;大变形量增加位错密度,促进再结晶形核。如大应变轧制(large strain rolling)就采用了大变形量来获得更多的细化组织,其晶粒尺寸可达到2μm~3 μm。热轧板材中孪晶等变形组织经过退火后将发生静态再结晶或回复,转化为更多的等轴晶。
研究表明,热轧过程中镁合金将形成强(0002)基面织构,基本特征为(0002)基面平行于轧面(图la)。这种织构由塑性变形过程中基面滑移、锥面滑移共同造成的,一般随着轧制道次的增多和板材厚度的减薄,织构将逐渐增强,当板材轧制到薄板时,形成较强的基面织构。经研究发现,热轧时采用大应变可以降低织构强度,退火也组织构有一定的弱化作用。
热轧除变形量大,工艺简单,利于工业化大生产的优点外,也存在着一些不足,如温度过高不利于控制板形和表面光洁度,力学性能较低等。而应用冷轧工艺可以有效克服上述不足,通过控制变形量和退火,可得到尺寸精度高、力学性能好的薄板。
镁合金冷轧板材组织中主要为粗大的晶粒,且晶粒内部有大量孪晶。这是因为室温下镁合金可开动的滑移系少,要依靠孪生,主要是锥面孪生才能发生变形。冷轧细织的细化主要通过退火静态再结晶来完成。退火时,再结晶晶粒在原始晶粒边界形核长大,取代粗大的原始晶粒,得到细小再结晶组织。镁合金冷轧后板材具有较高强度,但伸长率较低,通过适当退火,也可提高冷轧板材的塑性。
冷轧AZ31镁合金织构形态与热轧织构有显著的区别,其基面的织构极密度分布呈现双峰形态,与热轧的相比,强度上冷轧板材的基面织构强度更高。过程为:室温下基面滑移系难以开动,晶内诱发了孪生,改变了孪生部分晶体基面的取向关系,使孪生体内的基面滑移系得以开动,塑性变形继续进行,并产生二次孪晶:这一系列复杂的变形终使得基面的取向偏离板材的法向,形成基面织构的双峰特征。冷轧织构退火后分布规律没有太大变化,仅强度有所下降。
镁合金轧制是大规模工业化生产镁合金材料的重要手段,长期以来,由于镁合金板材变形性能不好,限制了镁合金板材的应用。通过对不同轧制方法的研究,有助于找到控制板材组织及织构的有效方法,使其既能得到细化组织产生超塑性,又能降低织构强度使各方向性能更加平均。从而大大的改善板材的变形性能,使镁合金板材得到更加广泛的应用。
通过轧制、挤压等加工方式可以消除镁合金的铸造缺陷并显著细化晶粒等,使其具有更高的力学性能。与在室温轧制相比,低温轧制(-196℃)的纯钛、纯铜、纯铝等板材可形成超细晶结构,使其具有的强度和延展性。然而,迄今为止,对镁合金低温轧制的相关研究仍然较少,并且尚未深入研究镁合金室温轧制和低温轧制的显微组织差异。