鎂合金板材軋制工藝及組織性能的思考

張玉輝

【摘 要】鎂合金板材在各領域均較為常用，提高板材制作時的軋制工藝水平、增強板材的組織性能，是提高各領域材料質量的基礎。本文通過實驗的方式，從板錠工藝、軋制工藝、退火工藝及組織結構等方面入手，對鎂合金板材軋制工藝及組織性能的有關問題進行了研究。通過對實驗結果的篩選，確定了一套較具可行性的軋制方案，以其能夠為有關領域提供參考。

【關鍵詞】鎂合金板材；軋制工藝；組織性能

中圖分類號： TG337 文獻標識碼： A 文章編號： 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

鎂合金結構以晶體結構為主，室溫下觀察，可見1個滑移面及3個滑移系。根據變形協調性原則可知，存在3個滑移系的晶體結構，可塑性較差。如該問題得不到解決，極容易對板材的推廣應用造成阻礙。隨著鎂合金板材制作技術水平的不斷提高，鑄釘、軋制、熱處理等工藝，已成為了板材制作過程中所應用的主要工藝。滑移系不足，不再是困擾鎂合金板材制作的難題。為進一步提高板材的制作質量，對各項工藝的使用方式及板材的組織性能加以研究較為必要。

1 儀器與方法

1.1 儀器準備

本實驗所需準備的原料及儀器如下：（1）實驗所需原料包括Al、Mg、Ca及Sr等。（2）實驗所需準備的儀器，包括電阻爐、鑄模等。其中，電阻爐功率為40kW，型號為SG2。鑄模模具的材質以中碳鋼為主，耐溫性能強。考慮熔鑄過程中，Ca與Sr等物質，容易與溶劑之間發生反應[1]。本實驗決定將1.5%的SF6+Ar氣體應用到熔鑄過程中，達到保護溶劑的目的。

1.2 實驗方法

（1）軋制初始溫度為450℃-460℃，終軋溫度260-300℃，變形量15%-20%。（2）采用測溫儀測量板材的溫度，當溫度下降至260℃以下時，可給予回爐加溫。（3）實驗過程中，溫軋溫度應處于260℃之下，變形量應處于25%-30%之間[2]。（4）冷軋過程中，變形量應適當減小。實踐研究表明，將冷軋變形量控制在5%左右較為適宜。（5）2次實驗過程中，退火間累積變形量（即總變形量）應控制在25%左右。（6）當熱軋、溫軋及冷軋結束后，需從0°、45°及90°三方面入手進行拉伸實驗，觀察鎂合金板材的組織性能。

2 結果

通過對實驗所得到的數據的觀察，得到結果如下：

2.1 鎂合金板錠工藝

通過對鎂合金制造過程中，Ca及Sr對其鎂合金板材晶粒尺寸的影響的觀察發現：（1）加入0.1%Sr時，晶粒尺寸細化量為118μm；加入0.1%Ca時，晶粒尺寸細化量為110μm。（2）加入0.3%Sr時，晶粒尺寸細化量為115μm；加入0.3%Ca時，晶粒尺寸細化量為108μm。（3）加入0.5%Sr時，細化量為1μm；加入0.5%Ca時，細化量為90μm。

2.2 鎂合金軋制工藝

2.2.1 熱軋工藝

通過對熱軋工藝過程的觀察發現：（1）熱軋得到的鎂合金板材，具有邊裂小的特點，且板材表面具有較好的光潔度。（2）當終軋溫度下降到260℃以下時，邊裂產生。且隨溫度的下降，板材中部逐漸出現裂紋。（3）將熱軋溫度控制在100℃-160℃之間，采用反復加熱的方式，將軋件加熱，可有效降低裂縫的產生幾率。

2.2.2 溫軋工藝

溫軋的目的在于在提高變形量的基礎上，使板材的抗拉強度得以增強。通過對本實驗溫軋工藝過程的觀察發現：（1）當溫軋溫度≤260℃，變形量處于25%-30%之間時，板材的抗拉強度可得到一定程度的提升。（2）大規模生產過程中，溫軋的溫度及均勻性均很難得到保證。一旦變形量加大，軋制過程中，裂縫很容易產生，進而對板材的質量造成影響。endprint

2.2.3 冷軋工藝

冷軋的目的在于在降低變形量的基礎上，提高鎂合金板材的質量。需注意的是，冷軋過程中，變形量一般應控制在5%左右，才可達到預防裂縫的目的。本實驗中，冷軋變形量為5%，可有效滿足該要求。通過對加工結果的觀察，未見裂縫產生。表明，以該變形量為基礎進行冷軋，效果較好，實踐應用價值較高。本實驗中，冷軋總變形量為25%，符合AZ31B鎂合金板材對冷軋總變形量（25%-30%）的要求。

2.3 鎂合金退火工藝

與熱軋及溫軋相比，冷軋的優勢在于可有效提高鎂合金板材的強度，但卻存在著延伸率低的缺陷，對板材抗沖擊性能的影響較大。為解決該問題，對板材進行加工硬化，彌補冷工藝的缺陷較為必要。通過對不同厚度板材冷軋后退火實驗結果的觀察發現，當退火溫度處于180℃-260℃之間、退火時間為40min-60min之間時，工藝結束后，板材的晶粒直徑可達14μm，強度≥270MPa，延伸率>16%。表明，將退火工藝與冷軋工藝聯合應用到鎂合金板材的加工中，在提高板材質量方面，應用價值較高。

2.4 鎂合金組織結構

通過對冷軋、熱軋及溫軋過后鎂合金板材組織結構的觀察發現：（1）采用熱軋與冷軋兩種方式處理鎂合金板材，處理后所得到的板材在顯微組織方面對比，差異較大。熱軋得到的板材，顯微鏡下觀察可見動態再結晶現象。冷軋得到的板材，顯微鏡下觀察則可見孿晶存在。（2）采用熱軋與冷軋兩種方式處理鎂合金板材，所得板材的基面積組分情況同樣不同。由熱軋得到的板材，基面與板面平行。由冷軋所得到的板材，基面則與板面呈18°角分布。（3）經退火處理得到的板材，組織結構特征與未退火前相比不會發生改變，但基面的極密度則會顯著降低。

3 討論

3.1 Ca與Sr的加入對晶粒尺寸的影響

通過對Ca與Sr的加入后鎂合金板材晶粒尺寸的觀察發現，將兩種物質加入后，鎂合金板材晶粒均可得到了一定的細化，對板材成形性能的增強較為有利。將微量Ca加入板材后，高濃度的Ca，可抑制晶體生長，使得晶體的細化程度得以提升。Sr加入后，該物質可與Mg及Ml等相互反應，反應后所得到的物質，同樣具有細化鎂合金板材晶體的作用。通過對Ca與Sr細化效果的對比觀察可以發現，兩者的細化效果基本無差異。表明，將Ca或Sr應用到鎂合金板材的加工中，均可取得良好的效果。

3.2 鎂合金軋制工藝對軋制效果的影響

鎂合金板材的軋制過程，包括熱軋、溫軋、冷軋三大流程。熱軋的作用在于促使板材成形，溫軋的作用在于提高板材的抗拉強度，冷軋的作用，則在于提高板材質量，降低裂縫等病害的發生幾率。三大流程中，每項工藝對溫度及變形量等的要求均較高。將熱軋的開軋溫度控制在450℃-460℃，終軋溫度控制在260℃-300℃、溫軋溫度控制在260℃以下、冷軋變形量控制在5%左右，即可獲得較好的制作效果。軋制結束后，為進一步提高板材質量，需通過退火工藝，對板材進行進一步的處理。退火溫度應確定為300℃，時間應控制在45min-60min之間，以確保退火效果能夠滿足工藝的需求。

3.3 鎂合金軋制工藝對板材組織結構的影響

通過對鎂合金軋制工藝對板材組織結構的影響的觀察發現，熱軋得到的板材，顯微鏡下觀察可見動態再結晶現象，基面與板面平行。冷軋得到的板材，顯微鏡下觀察可見孿晶現象，基面與板面呈18°角。經退火處理得到的板材，組織結構特征與未退火前相比不會發生改變。表明，上述工藝的應用價值較高。

4 結論

綜上所述，通過對熱軋、溫軋、冷軋、退火四項流程，對鎂合金板材的軋制工藝及組織結構影響的觀察發現，嚴格控制軋制溫度以及變形量，是提高板材成形效果與抗拉強度、提高板材質量的主要途徑。未來，鎂合金板材制作過程中，有關人員可以以本實驗所提供的數據為參考，結合制造企業的實際情況制作鎂合金板材，使板材的質量能夠得到進一步的提升。

【參考文獻】

[1]張曉旭，杜子學.等通道角軋制對汽車車身用輕質鎂合金板微觀組織與力學性能的影響[J].鍛壓技術，2017，42（03）：154-158.

[2]胡冬，周濤，楊朝.軋制變形程度對AZ31鎂合金板材組織與性能的影響[J].精密成形工程，2016，8（02）：12-14+21.endprint