[发明专利]镁合金板材表面剧烈变形轧制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料加工技术领域的板材轧制设备，特别是一种镁合金板材的轧制设备及方法。

背景技术

镁合金是密排六方结构，其滑移系少，塑性变形能力差，常温下难以塑性加工成形。目前绝大多数镁合金零件生产加工以压铸为主。但镁合金压铸件表面质量较差，力学性能不理想，无法制造出0.4mm以下的大尺寸薄壁件。为更好的利用镁合金，提高其综合力学性能，因而需使用锻造、轧制、挤出等塑性成形技术。目前，镁合金轧制板材的生产工艺流程复杂，要经过热温轧、粗轧、中轧、精轧，之间需要不断地剪切、酸洗、板坯再次加热等。冷轧时压下量过大，镁合金又极易开裂，因而轧制道次一般为20~40 道次，最多可达50~60 道次。因此镁合金薄板的生产周期长、成材率低，致使生产成本居高不下。但这种方法生产难度大，成品率低、成本高的问题，会造成材料的极大浪费。张大全等人(CN1226443C)与张铮(CN102586561A) 提出了镁合金板材的加工工艺比传统的工艺好了很多，但是仍然要反复加热，反复轧制，晶粒会长大，板材又极易开裂。水田桂司(CN1158762A) 提供的热轧设备，能够防止轧制过程中轧材质量的降低，但设备要求高，经济性能低。严红革等人(CN101716593A) 公开了一种镁合金板材的轧制方法，该方法是先将镁合金铸坯预热，当铸坯达到设定温度后直接一道次轧制成形，压下量大于60％，但固溶热处理采用分级固溶方式，后一级固溶温度高于前一级固溶温度，每级固溶处理温度为300℃~420℃，每级固溶处理时间为4~30h，并且所述固溶热处理完成后得到的锭坯进行小应变轧制开坯。因此需反复加热处理，晶粒会长大。彭秋明等人(CN103212572A)发明的镁合金板材轧制方法是将镁合金铸锭固溶处理后，用板式轧机进行轧制，上下轧板为波纹板和平板，波纹高度为2~5mm，每两个波峰间距为10~20mm。虽然成品率高，能够获得晶粒细小均匀、力学性能优良的镁合金板材，但是用波纹板和平板作为上下轧板进行轧制，这种方式要不断交换上下轧板位置，是间断性的生产方式，不仅生产方式复杂，使生产速度低，而且在前后板压下搭接处会出现重复压下，造成微观组织的不均匀。陈振华等人(CN101104236A) 用普通轧制变形产生的摩擦力提供动力，使板材连续通过两通道厚度相等且成一定夹角的等径尺寸结构，提高镁合金板材的力学性能及塑性。但受等径角轧制模具尺寸的限制，显然不能生产宽板薄壁的镁合金板材。

发明内容

本发明目的在于提供一种有效改善镁合金板材的成形性，特别是冲压成形性能的可实现表面剧烈变形的轧制方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种镁合金板材表面剧烈变形轧制装置，由至少二架轧机组成，每架轧机由一对相同直径的上、下轧辊、两台无级变速电动机、轧辊加热系统和轧辊调整装置构成，所述轧辊加热装置由加热棒、温度传感器和控温箱构成，加热棒和温度传感器分别与控温箱相连接，其特征在于：每架轧机的上、下轧辊分别与两台无级变速电动机相连接，通过两台无级变速电动机的转动速度与方向的变化，实现上、下轧辊的同向转动或异向转动或同速转动或异速转动，用于镁合金板材表面剧烈变形的可逆轧制、对称轧制和不对称轧制。

所述轧辊的芯部为圆柱形孔腔，内置加热棒，表面设激光温度传感器；所述轧辊加热后的表面温度为100~350℃，上、下轧辊表面的温差范围为0~100℃。

所述轧辊的表面具有平面形状结构或纹理形状结构，纹理形状结构为直沟槽或十字沟槽，沟槽形状为半圆曲线波纹，圆直径范围为1~4mm，每两个波峰之间的距离为对应的圆直径尺寸，使轧制的镁合金板材表面加工出平行排列或呈网状分布的圆槽形。

一种镁合金板材表面剧烈变形轧制方法，采用二架以上轧机，前、后轧机上布置纹理形状结构的轧辊，或平面形状结构与纹理形状结构交错间隔的轧辊，具体步骤是：首先对镁合金板材表面进行反复微造型轧制，在镁合金板材表面加工出平行排列的槽形或呈网状分布的槽形，然后再用普通轧制，重复进行组合变形，使板材表层实现表面剧烈变形，由此形成金属表面层晶粒细化、而中间组织保持原来结构的梯度组织。

将两台无级变速电动机设定为异向、同速转动，使轧辊形成同步轧制，将六架以上轧机中的奇数架轧机布置纹理形状结构的轧辊，偶奇数架轧机布置平面形状结构的轧辊，镁合金板材预热到250℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。