[发明专利]一种可快速轧制成形的镁金属板材及其轧制方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金合金板材轧制成形工艺，属金属材料制造技术，具体为一种镁金属板材的成形方法。

背景技术

镁合金作为一种新型轻金属应用材料，具有比强度高、比重小、高阻尼、高导热以及减震性好、易于回收等优点。因此，近年来镁合金在航空航天、汽车、3C产品等方面得到了广泛地应用，被业内公认为最有前途的轻量化金属材料。然而，镁为密排立方结构，其在温度较低的情况下加工性能不佳，这对其板材制备造成了很大困难。但是作为金属材料出成形产品中一种非常重要的金属加工产品，板材是一种中间产品的重要供应品，它的应用可大大简化镁金属材料深加工中的工艺流程，简化复杂工艺，从而降低生成成本，扩大应用范围。

一种合金的塑性加工能力的好坏与合金成分密切相关。根据合金成分对合金塑性加工能力的影响，将合金分为铸造、挤压、轧制及锻造镁合金产品。虽然挤压、轧制及锻造均为镁金属的变形加工工艺，但其加工变形机理有较大不同。有的合金只可挤压加工，有的合金不可轧制加工，如常见的AZ31合金为一种常见的挤压用合金成分，ZK60为一种常见的挤压合金成分。国内常见的挤压镁合金主要为MB1、MB5等，能够用于板材轧制加工的合金主要为MB3、MB8及MB22等。总体来讲，牌号变形镁金属材料的种类较少，而板材变形镁金属材料则更少。从材料设计方面考虑，合金中粗大第二相的含量越少越利于镁金属板材的加工，否则导致合金在轧制过程中的开裂。

Zn是一种常见的合金化元素，它可显著改善合金的流动性和强度。目前关于含有Zn的镁金属种类较多，目前过多地集中在Mg-Zn-RE(Zr)、Mg-RE-Zn(Zr)合金体系中,RE为稀土元素简称。如目前研究较多的Mg-Zn-Y或者Mg-Y-Zn等合金，该类合金中含有I(准晶)-相或W-相或LPSO(长周期层错堆积)-相等三类较为突出的相。这类初生第二相最大特点就是尺寸过于粗大，分布不均匀，且不易热处理，这直接导致合金轧制加工中的开裂失效，针对此种特点该类合金的挤压产品较多，这限制了其在汽车、航空航天等方面的商业化应用。

因此，获得可轧制加工的合金成分至关重要。目前作为一种有效的可用于轧制成形的镁金属成分。现有的含Zn合金除了含有上述三种粗大不易消溶的三元相外，另一个特点就是Zn、RE(稀土)含量高，Zn含量高导致合金加工中热裂，RE含量高导致合金成本过高。选择合理的合金成分，即避免合金因合金化成分较低导致性能偏低，又避免合金因Zn含量较高而加工性能偏差。因此选择Zn及RE的添加量，是开发一种可轧制加工成形镁金属的关键。而且，Mg-Zn-RE镁合金的轧制温度区间小，较难控制，合格成品率降低，因此研究获得Mg-Zn-RE镁合金的轧制条件显得至关重要。

鉴于镁金属晶体结构特点，因此采用低温、高速率、高单道次变形量的快速轧制工艺很难获得高质量的镁金属板材。所以，在镁金属板材生产制备方面主要采用高温条件下热轧处理，一般热轧温度较高为350～500℃，单道次变形量较小为5～10％，这中加工条件导致镁金属的加工效率较低，无法达到快速加工成形的目的，因此亟待开发一种可快速轧制成形的镁金属轧制工艺。

另外，由于镁金属的密排六方结构，在加工过程中还有宽幅薄板材加工困难的问题。因此，在轧制过程中，除了考虑轧制温度、速率及单道次变形量等外，还要配合轧制过程中的在线热处理问题，也就是利用热处理技术提高金属的加工塑性，获得晶粒细小、组织均匀、各向异性明显的板材预处理品，因此综合考虑样品的加工要求和尺寸规格，轧制过程中对样品的在线热处理显得尤为重要。然而，目前镁金属轧制工艺中几乎没有涉及到这方面的内容。