AZ31镁合金大压下轧制工艺研究

论文摘要

镁合金具有比强度比刚度高,阻尼减振与电磁屏蔽性好等优点,已被广泛应用于航空航天、电子通信和汽车等诸多领域。但由于镁合金自身特点,传统铸造方式得到的镁合金铸锭成分偏析严重、组织粗大、表面质量差。而在AZ31镁合金的轧制过程中,由于镁合金塑性低,使得轧制困难,轧后的板材裂纹多,组织不均匀。东北大学开发的低频电磁半连续铸造（LFEC）技术可显著细化锭坯组织,抑制成分偏析,减小表面裂纹,改善表面质量。本文采用自行设计的200x60mm方形不锈钢结晶器,通过改变铸造速度、电磁场条件和添加稀土元素,来研究不同的制备工艺和合金成分对镁合金小扁坯的铸态组织、成分均匀性、力学性能、表面质量等方面的影响。为探究大压下轧制对AZ31镁合金板材的微观组织与表面质量的影响,在250℃～450℃温度下进行单道次或两道次的大压下轧制实验。以期分别获得最佳的镁合金扁坯制备工艺和AZ31镁合金的轧制工艺。通过实验和研究,取得了如下主要结论和成果：（1）施加电磁场可细化AZ31镁合金小扁坯的凝固组织并减小组织差别。提高铸造速度可显著细化扁坯中心部位的晶粒尺寸,同时减小中心与边部的组织差别,还能提高扁坯表面光洁度,改善表面质量。但铸造速度过高（180mm/min）将有相反的效果。在施加电磁场时（I=30A,f=-30Hz）,最佳铸造速度为150mm/min。铸造速度对宏观偏析的影响与电磁作用效果有关,施加电磁场时,扁坯宽向上合金元素宏观偏析有加重趋势；（2）AZ31合金轧制时,在预变形10%,第二道次压下率小于30%时,基本无边部裂纹,再增加压下量,则沿板面方向的裂纹深度和宽度均随轧制总压下率增加而呈线性增加。降低轧制温度,裂纹深度有所减小,但影响较小,而裂纹宽度则增加显著,在预变形10%,第二道次压下率为50%左右时,轧制温度影响最大；（3）提高道次压下率和降低轧制温度均可提高对AZ31合金轧制变形的均匀程度,并促进动态再结晶行为,显著细化板材组织,即低温大压下轧制工艺是实现AZ31板材热轧开坯均匀变形与组织细化的优良工艺；（4）就板材变形均匀性而言,就板材变形均匀性而言,较好的轧制开坯制度是350℃轧制,压下制度预变形10%,第二道次压下率为50%。此时板材组织也已完全再结晶；就降低镁合金板材在轧制后的裂纹尺寸而言,总压下率不应高于40%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁及镁合金
• 1.1.1 金属镁及其合金
• 1.1.2 镁及镁合金的性质与性能
• 1.1.3 镁及镁合金的应用
• 1.1.4 镁合金加工工艺
• 1.2 镁合金的电磁铸造
• 1.2.1 电磁铸造技术
• 1.2.2 镁合金的电磁铸造
• 1.3 镁合金轧制技术
• 1.4 本课题的目的和意义
• 第2章 实验材料、实验方法及设备
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 铸造原料选取
• 2.1.2 轧制实验用镁合金板料的选取
• 2.2 AZ31镁合金电磁铸造实验
• 2.2.1 电磁铸造设备
• 2.2.2 镁合金轧制实验设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 电磁铸造实验方案
• 2.3.2 镁合金轧制实验方案
• 2.4 实验结果分析
• 2.4.1 铸造实验结果分析
• 2.4.2 轧制实验结果分析
• 第3章 AZ31镁合金小扁坯的制备工艺
• 3.1 铸造工艺及稀土元素对镁合金小扁锭组织的影响
• 3.1.1 铸造工艺对镁合金扁坯组织的影响
• 3.1.2 稀土元素对镁合金扁坯组织的影响
• 3.2 铸造工艺对镁合金小扁坯成分偏析的影响
• 3.2.1 电磁场对扁坯中铝与锌成分偏析的影响
• 3.2.2 铸造速度对扁坯铝与锌成分偏析的影响
• 3.3 铸造工艺制度对AZ31小扁坯硬度的影响
• 3.3.1 电磁场对镁合金扁坯硬度的影响
• 3.3.2 铸造速度对镁合金扁坯硬度的影响
• 3.4 铸造工艺对镁合金扁锭表面质量的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 AZ31镁合金大压下轧制
• 4.1 轧制工艺对镁合金板料表面质量的影响
• 4.1.1 道次压下率对镁合金板料表面质量的影响
• 4.1.2 预变形对镁合金板料表面质量的影响
• 4.2 轧制工艺对镁合金微观组织的影响
• 4.2.1 道次压下率对镁合金微观组织的影响
• 4.2.2 轧制温度对镁合金板料组织的影响
• 4.3 大压下轧制工艺窗口确定
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢