一種顯著改善az31鎂合金板材室溫成形性能的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高性能儀合金板材的制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，儀合金被譽為"二十一世紀最具發(fā)展前景的綠色工程 材料"，特別是變形儀合金板材由于具有優(yōu)異的綜合性能，可用作筆記本電腦、手機、家用電 器等產(chǎn)品的殼體、汽車蒙皮等零部件，更加具有巨大的市場需求和應(yīng)用前景。但受到儀合金 自身晶體結(jié)構(gòu)的限制，其較差的室溫塑性和成形性能至今仍是限制其應(yīng)用的瓶頸問題。從 微觀尺度上看，其根源在于：儀合金板材常規(guī)社制變形時，在外加應(yīng)力作用下滑移面轉(zhuǎn)至與 最大壓應(yīng)力垂直的方向，結(jié)果形成基面與板材表面平行的基面織構(gòu)。具有基面織構(gòu)的儀合 金板材在二次成形時，基面滑移系因處于硬取向而難W啟動。特別是當沿板材法向ND方向 施加壓應(yīng)力時，錐面拉伸李生也不能發(fā)生，使成形性能進一步惡化。因此，抑 制或削弱板材基面織構(gòu)是提高儀合金塑性變形能力的重要手段。
[0003] 研究表明采用等徑角擠壓巧CA巧技術(shù)制備的材料不僅具有超細晶組織，還可形 成特殊的織構(gòu)組分，從而具有優(yōu)異的力學(xué)性能和使用性能。但是ECAE為非連續(xù)工藝，且難 W制備大尺寸薄板，因此其應(yīng)用受到限制。近年來，國內(nèi)外學(xué)者提出了一種可W連續(xù)加工板 材的新型工藝，即等徑角社制工藝（equalchannelangularrolling,ECAR)。但采用ECAR 工藝研制高塑性變形儀合金板材時存在一些缺點：①當ECAR道次數(shù)達到至一定數(shù)值時，板 材的晶粒取向改善作用減弱。②制備高塑性變形儀合金板材時需多道次ECAR，其效率低、成 本高；③對AZ31儀合金板材的室溫成形性能改善有限（室溫IE約6. 2mm)。如圖1所示， 板材在ECAR過程中受到與RD成122. 5°的剪切力作用。
[0004] 除了大剪切變形外，多道次彎曲變形也可W改善板材的微觀組織與織構(gòu)。化ang等 發(fā)現(xiàn)反復(fù)彎曲矯直工藝可W有效地將純銅的晶粒細化至500nm。黃光勝等發(fā)現(xiàn)單向多道次 彎曲變形可W引起儀合金板材基面織構(gòu)的偏轉(zhuǎn)從而弱化基面織構(gòu)，使板材的室溫IE值達 到6.Imm左右。楊續(xù)躍等發(fā)現(xiàn)AZ31儀合金熱社板材經(jīng)6道次低溫雙向反復(fù)彎曲變形+退 火后，板材上部、下部的晶粒細化和織構(gòu)弱化使其室溫斷裂延伸率最高可達37. 7%。但是， 多道次彎曲變形對于AZ31儀合金板材的室溫成形性能改善有限（室溫IE約6.Imm)，且需 要特殊的專用彎曲設(shè)備，成本較高。圖2為彎曲變形過程中板材上表面和下表面的受力情 況及李生類型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)ECAR和多道次彎曲變形存在的不足，并注意到它們的優(yōu)點，提出 可用于連續(xù)制備大尺寸高性能變形儀合金板材的工藝W及實現(xiàn)該工藝的設(shè)備，通過控制儀 合金織構(gòu)，達到顯著提高AZ31儀合金板材室溫成形性能的目的。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種顯著改善AZ31儀合金板材室溫成形性能的工藝，本工藝是一個社制-剪 切-連續(xù)彎曲變形過程，首先將儀合金板材通過社漉熱社變形，利用社制變形產(chǎn)生的摩擦 力提供動力，使板材連續(xù)通過一個社制通道高度相等且通道連續(xù)彎曲的模具進行剪切和連 續(xù)多道次彎曲實現(xiàn)復(fù)合變形。
[0008] 本工藝將熱社變形與剪切、連續(xù)多道次彎曲變形相結(jié)合，充分發(fā)揮剪切變形與連 續(xù)多次彎曲變形對板材織構(gòu)控制的優(yōu)勢，即先通過剪切變形過程中的剪應(yīng)力使儀合金板材 中具有基面織構(gòu)的部分晶粒發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，隨后利用彎曲變形過程中板材上、下表面所 受的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力使其通過李生進一步改善儀合金板材的基面織構(gòu)特征，避免了傳統(tǒng) ECAR過程中板材反復(fù)加熱保溫、重復(fù)社制等對板材晶粒取向改善的不利影響?？蒞通過優(yōu) 化社制工藝、剪切與彎曲模具參數(shù)等進一步改善AZ31儀合金板材的室溫成形性能（其室溫 平均IE可高達7. 4mm)。
[0009] 實現(xiàn)上述工藝的設(shè)備包括雙漉熱社機和模具，所述模具安裝于雙漉熱社機雙社漉 出口處；模具包括上模和下模，上下模之間設(shè)置有連續(xù)的社制通道，通道為多臺階式，分別 由連續(xù)的、相連接的、多段水平通道和斜向通道組成；通道的第一轉(zhuǎn)角的內(nèi)圓角半徑ri、外 圓角半徑Ri分別均遠小于第二、第S至第N轉(zhuǎn)角I、II……N的內(nèi)圓角半徑r2、。……r。，和 外圓角半徑尺2、尺3、......Rn,其中。二Ts......=rR2=R3......Rn。通常2mm《Tl《4mm， 8mm《。二T3=……=r。。采用W上設(shè)備，可W使剪切變形和連續(xù)彎曲變形靠同一套模具 實現(xiàn)，可W使生產(chǎn)效率顯著提高，其結(jié)構(gòu)簡單、易加工，不需要特殊的專用彎曲設(shè)備，因此成 本顯著降低。
[0010] 采用W上工藝制備高性能AZ31變形儀合金板材，還需要先將AZ31儀合金板材在 500°C條件下經(jīng)7個道次由4. 3mm社至1. 5mm厚，再在550°C條件下社制獲得1. 26mm厚的板 材，W便進行最終的社制-剪切-連續(xù)彎曲變形。
[0011] 具體的社制-剪切-連續(xù)彎曲變形工藝參數(shù)如下：最終的社制壓下量約為5%，社 制溫度為550°C，社制速度為0.4m/s。模具相鄰?fù)ǖ缞A角0 =120°，第一轉(zhuǎn)角的內(nèi)圓角 半徑Ti= 3mm，外圓角半徑Ri= 0,第二、第S和第四轉(zhuǎn)角等的內(nèi)圓角半徑Tz=r3=r4= 10mm，外圓角半徑Rz=R3=R4= 1〇臟，模具溫度240。模具通道高度H= 1.46mm，平行 通道間距K= 11mm。模具的出口處的開口增大，即上模的通道壁向上彎折30。一70。。板 材社制后在350 °C退火Ih。
[0012] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0013] ①織構(gòu)進一步改善。本工藝利用剪切變形與連續(xù)多次彎曲變形相結(jié)合，充分發(fā)揮 了剪切變形與連續(xù)多次彎曲變形對板材織構(gòu)控制的優(yōu)勢，即先通過剪切變形過程中的剪應(yīng) 力使儀合金板材中具有基面織構(gòu)的部分晶粒發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，隨后利用彎曲變形過程中板 材上、下表面所受的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力使其通過李生進一步改善儀合金板材的基面織構(gòu)特 征；避免了多道次傳統(tǒng)ECAR板材反復(fù)加熱保溫、重復(fù)社制等對板材晶粒取向改善的不利影 響。
[0014] ②生產(chǎn)效率顯著提高。由于通道連續(xù)彎曲，一次社制的效果相當于傳統(tǒng)ECAR和連 續(xù)多次彎曲變形，避免了傳統(tǒng)ECAR過程中板材的反復(fù)加熱、重復(fù)社制和模具的反復(fù)拆裝， 使高性能儀合金板材的生產(chǎn)效率明顯提高。
[0015] ③模具簡單，不需要特殊的專用彎曲設(shè)備，成本顯著降低。由于剪切變形和連續(xù)彎 曲變形靠同一套模具實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)簡單，易加工，不需要特殊的專用彎曲設(shè)備，因此成本顯 著降低。
[0016] ④成形性能進一步改善。由于本工藝充分發(fā)揮了社制、剪切與連續(xù)多次彎曲變形 對板材織構(gòu)控制的優(yōu)勢，因此，可W通過優(yōu)化社制工藝、剪切與彎曲模具參數(shù)等進一步改善 AZ31儀合金板材的室溫成形性能（其室溫平均IE可高達7. 4mm)，其數(shù)值明顯高于ECAR、多 道次彎曲變形等工藝制備的AZ31儀合金板材。
【附圖說明】
[0017] 圖1是板材在ECAR過程中受到與畑成122. 5°的剪切力作用示意圖；
[0018] 圖2是彎曲變形過程中板材上表面和下表面的受力情況及李生類型；
[0019] 圖3是采用本發(fā)明的設(shè)備實現(xiàn)社制-剪切-連續(xù)彎曲復(fù)合