[发明专利]多级连续转角剪切变形制备镁合金板材的方法及模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金板材的制备方法及其模具，尤其涉及一种多级连续转角剪切变形制备镁合金板材的方法及模具。 

  

背景技术

镁合金具有密度低、高比强度、高比刚度、导热性好、电磁屏蔽性优异、对振动及冲击能量的吸收高等优点，是非常重要的轻量化结构用绿色工程材料，在汽车、电子、航空航天等科技前沿领域具有广泛的应用前景。近年来，铸造领域中一些新的生产工艺和技术，都被用来开发新型镁合金材料，并取得了很大的进展。与这些工艺生产的铸态材料相比，变形镁合金材料更具发展前途与潜力，通过变形可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过材料组织的控制和热处理工艺的应用，获得比铸造镁合金材料更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能，从而满足更多结构件的需要。因此，高性能变形镁合金的研制已成为当今材料领域的研究热点。 

制约变形镁合金发展的根源在于：首先，绝大多数镁合金为密排六方结构，室温下滑移系少，采用传统的塑性加工技术难以解决这一问题。其次，镁合金在变形过程中容易形成强烈的基面织构。镁合金板材常规轧制变形时，在外加应力作用下滑移面转至与最大压应力垂直的方向，结果形成基面与板材表面平行的基面织构。具有基面织构的镁合金板材在二次成形时，基面滑移系因处于硬取向而难以启动。第三，采用传统加工技术难以实现晶粒细化和织构控制的相互协调。当晶粒小于一定尺寸时，材料会呈现明显的延性转变，从而可以通过细化晶粒的方式显著提高镁合金板材的力学性能。而采用传统的挤压、轧制以及随后的退火处理工艺，尽管其晶粒尺寸可达10μm以下，但通常对板材基面织构的改善作用并不显著，仍难以满足对高性能材料的要求。 

因此，在细化晶粒的同时，进一步改善板材的织构是制备高性能镁合金板材的发展重要方向。深度塑性变形不仅可以显著细化晶粒，获得超细晶，而且可以显著调控材料的织构，从而使材料获得优异的综合力学性能。 

目前，大多深度塑性变形技术主要用于制备型材或棒材。对于镁合金板材而言，现有的深度塑性变形工艺，除了存在所制备的材料尺寸规格有限、成本高、工艺路线复杂、生产效率低等缺陷外，在对镁合金板材微观组织控制以及制备方面还存在一些缺陷和不足，如累积叠轧（Accumulative roll bonding，ARB）、大应变热轧（Large strain hot rolling，LSHR）工艺难以实现对板材织构的有效控制；连续剪切（Conshearing）和连续约束板带剪切（Continuous confined strip shearing，C2S2）工艺虽均可实现板材的连续大塑性变形，形成剪切变形织构，但要获得细晶组织，均需重复加工过程数次（对于镁合金而言，还需反复加热坯料），此外，Conshearing工艺需要采用带有行星辊的特殊轧机，对于C2S2工艺，为了提供足够大的挤压力使带材顺利通过ECAE模具转角，在送料辊表面加工有凹槽以此来增加其摩擦力，严重影响了带材的表面质量，此外，这两种工艺均只能制备一种厚度的板材。 

近年来，国内湖南大学陈振华提出了一种可用于板材加工的等径角轧制工艺（equal channel angular rolling，ECAR）工艺，并设计了在普通双辊热轧机上进行的ECAR装置。但采用ECAR工艺制备高性能变形镁合金板材时存在一些缺陷：①经ECAR后，板材的微观组织并没有显著细化，而随着轧制道次的增加，晶粒反而粗化。②当ECAR道次数达到至一定数值时，板材的晶粒取向改善作用减弱。③制备高性能变形镁合金板材的效率低。综上所述，传统ECAR工艺的这些缺点限制了高性能变形镁合金板材的制备。 

  

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种能有效的控制镁合金板材晶粒细化和织构演变，从而提高镁合金板材的力学性能、成形性能及生产效率的多级连续转角剪切变形制备镁合金板材的方法及模具。本发明能实现单道次轧制变形中产生大的剪切变形和应变积累，更有效的控制镁合金板材晶粒细化和织构演变。