特別是變形鎂合金板材不僅具有的綜合性能,而且還可以通過沖壓等二次成形方法來制備各種形式的產品,表現(xiàn)出極其廣闊的應用前景但由于純鎂及大部分鎂合金都具有密排六方晶體結構,并且其軸比(c/a)值接近理想的密堆值,合金的晶格對稱性低,普通條件下可以啟動的滑移系較少。因此,采用常規(guī)軋制技術生產鎂合金板材時,存在軋制工藝流程長、成品率低和生產成本高等問題,并且板材在軋制過程中還容易形成強烈的(0002)基面織構,大部分晶粒的(0002)基面都與軋板表面平行。具有該種織構的鎂合金板材在二次加工時,由于基面處于硬取向,基面滑移和拉伸孿生都難以啟動而容易開裂。為了解決上述問題,一方面需結合高溫軋制、特殊軋制或晶粒細化的方法,并且還要對軋制溫度、軋制道次、變形量等工藝參數進行優(yōu)化來減弱基面織構的程度。目前,國內外有關鎂合金加工成形工藝的研究仍然很缺乏,已有的研究也主要集中在AZ和AM系等鎂合金,這將影響變形鎂合金的拓展與應用。因此,對鎂合金板材軋制成形工藝的系統(tǒng)研究成為一個非常重要的研究方向。
鎂合金薄板是壓力軋制擠壓板,具有細化晶粒結構、密度小、質量輕、強度高、延展性能好等優(yōu)點;可以滿足室溫冷沖壓、鍛壓或其他冷加工所具備的抗拉強度和延伸率的要求。
執(zhí)行標準:
鎂及鎂合金板、帶材執(zhí)行標準:GB/T 5154-2010
變形鎂合金執(zhí)行標準:GB/T 38714-2020、GB/T 5153-2016、ASTM B107/B107M-13
鎂合金軋制板材應用領域:
1. 航空航天及軍工領域:衛(wèi)星和登月飛船底座、導彈和火箭的儀表艙壁板、導彈和飛機的尾翼、戰(zhàn)斗機副油箱及襯板、海水電池電極片以及其他結構零部件。目前用于航空航天、軍工領域的鎂合金板材年消費量約為500t,以鎂合金中厚板材為主,厚度一般在4~80mm。
2. 交通運輸領域:列車減震地板、蜂窩面板及芯板、座椅骨架、臥鋪骨架、車廂壁板、內襯板、物品架、客車行李箱板;汽車前后蓋板、汽車門及門夾層板、變速器及離合器蓋板、集裝箱用板;以及兒童車、摩托車、自行車的相關零部件;鎂合金板材在交通運輸領域規(guī)?;瘧们熬胺浅V闊。
3. 3C及家電領域:筆記本電腦、移動硬盤、手機、數碼相機、攝像機、電視機、冰箱、音響等電子電器產品的外殼;以及蓄電池、音響音膜、光學眼鏡連接、干電池外殼等方面。該領域主要以鎂合金薄板為主,其厚度范圍一般在0.3~1.5mm,表面質量及沖壓性能要求較高。
4. 其他領域:鎂合金板材在其他領域主要用于制作泥瓦工工具板、建筑模板、地坪花紋板、運動器材、醫(yī)療器械、手動及電動工具等。如印刷行業(yè)基板原以銅板、鋅板為主,目前已開始大量使用蝕刻及雕刻鎂板。以上領域使用鎂合金板材多為中板和薄板,厚度范圍一般在2~15 mm。紡織機械用針板、振動平臺用板、犧牲陽極板目前開始規(guī)?;褂面V合金中厚板材,市場需求量穩(wěn)步提升,以上領域使用的鎂合金板材厚度大都在10 mm以上。
熱軋除變形量大,工藝簡單,利于工業(yè)化大生產的優(yōu)點外,也存在著一些不足,如溫度過高不利于控制板形和表面光潔度,力學性能較低等。而應用冷軋工藝可以有效克服上述不足,通過控制變形量和退火,可得到尺寸精度高、力學性能好的薄板。
鎂合金冷軋板材組織中主要為粗大的晶粒,且晶粒內部有大量孿晶。這是因為室溫下鎂合金可開動的滑移系少,要依靠孿生,主要是錐面孿生才能發(fā)生變形。冷軋細織的細化主要通過退火靜態(tài)再結晶來完成。退火時,再結晶晶粒在原始晶粒邊界形核長大,取代粗大的原始晶粒,得到細小再結晶組織。鎂合金冷軋后板材具有較高強度,但伸長率較低,通過適當退火,也可提高冷軋板材的塑性。
冷軋AZ31鎂合金織構形態(tài)與熱軋織構有顯著的區(qū)別,其基面的織構極密度分布呈現(xiàn)雙峰形態(tài),與熱軋的相比,強度上冷軋板材的基面織構強度更高。過程為:室溫下基面滑移系難以開動,晶內誘發(fā)了孿生,改變了孿生部分晶體基面的取向關系,使孿生體內的基面滑移系得以開動,塑性變形繼續(xù)進行,并產生二次孿晶:這一系列復雜的變形終使得基面的取向偏離板材的法向,形成基面織構的雙峰特征。冷軋織構退火后分布規(guī)律沒有太大變化,僅強度有所下降。
鎂合金板材冷軋、熱軋時多采用恒定的溫度,楊平[22]等人利用道次間溫度的下降,結合退火,進行了降溫軋制。軋制過程中,首階段溫度較高,退火次數少且時間短,采用大壓下量降低板材厚度。隨著軋制的進行,板材溫度下降,采用較小的壓下量,延長退火時間,利用靜態(tài)再結晶和回復細化組織。經試驗,通過該種軋制方法可以制成0.3 mm厚度的薄板,且平均晶粒尺寸可達到7μm。
降溫軋制開始階段由于溫度較高,加之具有較大的變形量,因而組織中主要發(fā)生動態(tài)再結晶,生成了大量等軸小晶粒,尺寸約4μm,見圖3a。圖3c、c、g顯示,隨著軋制溫度的下降,動態(tài)再結晶組織成分開始減少,孿晶及切變帶開始增多,其中切變帶起到了細化組織的作用[23]:切變帶內含有大量細?。▉啠┚Я?,其尺寸不到1μm。這些組織在退火后可長大為較均勻的細小再結晶組織,再進行軋制又能形成擴展的切變帶。反復軋制、退火可形成較大范圍的切變帶區(qū),終退火后形成大范圍細晶區(qū)。圖3b、d、f、h顯示,退火使組織發(fā)生靜態(tài)再結晶及晶?;貜停巳毕莺妥冃谓M織,使組織更加均勻。
降溫軋制由于一直處于熱軋、溫軋范圍內(400℃~160℃),室溫,因此織構并未出現(xiàn)冷軋時繞TD傾轉的雙峰基面織構形狀。如圖4所示,軋制后及退火后均為強基面織構,與其他熱軋鎂合金強基面織構相似。
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