專利名稱：多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法及模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金板材的制備方法及其模具，尤其涉及一種多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法及模具。
背景技術：
鎂合金具有密度低、高比強度、高比剛度、導熱性好、電磁屏蔽性優異、對振動及沖擊能量的吸收高等優點，是非常重要的輕量化結構用綠色工程材料，在汽車、電子、航空航天等科技前沿領域具有廣泛的應用前景。近年來，鑄造領域中一些新的生產工藝和技術，都被用來開發新型鎂合金材料，并取得了很大的進展。與這些工藝生產的鑄態材料相比，變形鎂合金材料更具發展前途與潛力，通過變形可以生產尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產品，并且可以通過材料組織的控制和熱處理工藝的應用，獲得比鑄造鎂合金材料更高的強度，更好的延展性，更多樣化的力學性能，從而滿足更多結構件的需要。因此，高性能變形鎂合金的研制已成為當今材料領域的研究熱點。制約變形鎂合金發展的根源在于首先，絕大多數鎂合金為密排六方結構，室溫下滑移系少，采用傳統的塑性加工技術難以解決這一問題。其次，鎂合金在變形過程中容易形成強烈的基面織構。鎂合金板材常規軋制變形時，在外加應力作用下滑移面轉至與最大壓應力垂直的方向，結果形成基面與板材表面平行的基面織構。具有基面織構的鎂合金板材在二次成形時，基面滑移系因處于硬取向而難以啟動。第三，采用傳統加工技術難以實現晶粒細化和織構控制的相互協調。當晶粒小于一定尺寸時，材料會呈現明顯的延性轉變，從而可以通過細化晶粒的方式顯著提高鎂合金板材的力學性能。而采用傳統的擠壓、軋制以及隨后的退火處理工藝，盡管其晶粒尺寸可達ΙΟμπι以下，但通常對板材基面織構的改善作用并不顯著，仍難以滿足對高性能材料的要求。因此，在細化晶粒的同時，進一步改善板材的織構是制備高性能鎂合金板材的發展重要方向。深度塑性變形不僅可以顯著細化晶粒，獲得超細晶，而且可以顯著調控材料的織構，從而使材料獲得優異的綜合力學性能。目前，大多深度塑性變形技術主要用于制備型材或棒材。對于鎂合金板材而言，現有的深度塑性變形工藝，除了存在所制備的材料尺寸規格有限、成本高、工藝路線復雜、生產效率低等缺陷外，在對鎂合金板材微觀組織控制以及制備方面還存在一些缺陷和不足，如累積疊軋(Accumulative roll bonding, ARB)、大應變熱軋(Large strain hotrolling, LSHR)工藝難以實現對板材織構的有效控制；連續剪切(Conshearing)和連續約束板帶剪切(Continuous confined strip shearing, C2S2)工藝雖均可實現板材的連續大塑性變形，形成剪切變形織構，但要獲得細晶組織，均需重復加工過程數次(對于鎂合金而言，還需反復加熱還料)，此外，Conshearing工藝需要采用帶有行星棍的特殊軋機，對于C2S2工藝，為了提供足夠大的擠壓力使帶材順利通過ECAE模具轉角，在送料輥表面加工有凹槽以此來增加其摩擦力，嚴重影響了帶材的表面質量， 此外，這兩種工藝均只能制備一種厚度的板材。近年來，國內湖南大學陳振華提出了一種可用于板材加工的等徑角軋制工藝(equal channel angular rolling,ECAR)工藝，并設計了在普通雙棍熱軋機上進行的ECAR裝置。但采用ECAR工藝制備高性能變形鎂合金板材時存在一些缺陷①經ECAR后，板材的微觀組織并沒有顯著細化，而隨著軋制道次的增加，晶粒反而粗化。②當ECAR道次數達到至一定數值時，板材的晶粒取向改善作用減弱。③制備高性能變形鎂合金板材的效率低。綜上所述，傳統ECAR工藝的這些缺點限制了高性能變形鎂合金板材的制備。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種能有效的控制鎂合金板材晶粒細化和織構演變，從而提高鎂合金板材的力學性能、成形性能及生產效率的多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法及模具。本發明能實現單道次軋制變形中產生大的剪切變形和應變積累，更有效的控制鎂合金板材晶粒細化和織構演變。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法，其特征在于，將多級連續轉角剪切變形模具安裝于雙輥熱軋機的雙軋輥出口處，多級連續轉角剪切變形模具中設置的通道開口與熱軋機雙軋輥出口相對應，待處理的鎂合金板材經雙輥軋制后經通道開口直接進入多級連續轉角剪切變形模具的通道中；利用雙輥軋制變形產生的摩擦力提供動力，使待處理的鎂合金板材通過所述模具內設的連續彎曲通道以實現多級連續轉角剪切變形，該連續彎曲通道是臺階式，每段通道高度相等且相鄰兩段通道間夾角相等。進一步的特征 是，相鄰通道間夾角相等，θ 1=Θ2=Θ3=Θ4=…=θη，夾角為100?！?60。之間。一種多級連續轉角剪切變形模具，包括模具本體，其特征在于在模具本體內設置有通道，通道具有通道開口和出口，通道為臺階式，具有多階臺階，依次連接構成連續彎曲的通道；每段通道高度相等，相鄰兩段通道間夾角相等，相鄰兩段通道間內側圓角半徑相
坐寸ο在模具本體內，對應通道的形狀，設置有若干根加熱管。所述通道是三階臺階，由第一水平通道段、第一斜向通道段、第二水平通道段、第二斜向通道段和第三水平通道段構成，依次連接形成連續彎曲的通道；每一個通道段高度相等，Η1=Η2=Η3=Η4=Η5 ;相鄰水平通道段與斜向通道段之間夾角相等，Θ 1= Θ 2= Θ 3= Θ 4 ;相鄰水平通道段與斜向通道段之間內側圓角半徑相等，rl=r2=r3=r4，每段水平通道段的中心線相平行，相鄰兩水平通道段中心線的距離相等，Kl= K2。相比現有技術，本發明有益效果如下1、本發明由于采用軋制與多級連續轉角剪切變形相結合的工藝，使被加工板材在通過多級連續轉角剪切模具時產生了大的剪切變形，并實現了單道次軋制過程中大的應變積累，從而更有效的細化板材組織和調控織構，所得的鎂合金板材表現出優異的綜合力學性能，低溫沖壓性能大幅度提高。2、本發明的工藝方法簡單，裝置制造方便，生產效率顯著提高，能更有效的改善鎂合金板材的微觀組織和晶粒取向，從而提高鎂合金板材的綜合力學性能和二次加工性能。由于通道連續彎曲，一次軋制相當于多次傳統ECAR變形，避免了板材的反復加熱、重復軋制和模具的反復拆裝，使高性能鎂合金板材的生產效率明顯提高。3、晶粒進一步細化。不僅避免了傳統ECAR時板材反復加熱保溫過程中晶粒的粗化，還實現了單道次扎制變形中大應變的獲得(一方面避免了多道次ECAR變形過程中板材厚度減小導致等效應變降低的問題，另一方面通過增加連續轉角剪切次數、調整相鄰兩段通道間夾角和相鄰兩段通道間內側圓角半徑等，實現了單次軋制變形過程中多個等效應變量的累積)，因此，在晶粒細化效果方面得以改善。4、晶粒取向進一步改善。避免了多道次ECAR變形過程中板材在每道次普通軋制時(0002)基面晶粒取向的增加，以及隨著道次數增加板材厚度減小導致剪切變形量的降低。此外，在單次扎制變形過程中板材在不同的模具轉角處會連續經歷多次剪切變形的作用。因此，板材晶粒取向改善作用加強。


圖1是本發明模具結構示意圖2是本發明模具工作結構示意圖。

具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。本發明的多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法，其特征在于
將多級連續轉角剪切變形模具安裝于雙輥熱軋機的雙軋輥出口處，多級連續轉角剪切變形模具中設置的通道開口與熱軋機雙軋輥出口相對應，待處理的鎂合金板材經雙輥軋制后直接進入多級連續轉角剪切變形模具的等高度的通道中；利用雙輥軋制變形產生的摩擦力提供動力，使待處理的鎂合金板材通過所述模具內設的連續彎曲通道以實現多級連續轉角剪切變形，該通道是臺階式，每段通道高度相等且相鄰兩段通道間夾角相等。本發明將雙輥熱軋機的軋制和多級連續轉角剪切變形相結合，利用普通軋制變形產生的摩擦力提供動力，使板材連續通過一個每段通道高度相等、通道連續彎曲且相鄰兩段通道間夾角一定的模具實現多級連續轉角剪切變形，獲得晶粒進一步細化、晶粒取向進一步改善的高性能鎂合金。本發明一多級連續轉角剪切變形模具上設置了連續彎曲的若干段臺階式的通道，每段通道高度相等(H1=H2=H3=H4=…=Hn+l )，且相鄰兩段通道間夾角相等(01=02=03=04=吣=011)，其通道高度應與板材厚度相等，夾角為100° —160°之間，相鄰兩段通道間內側圓角半徑相等每段水平通道段的中心線相平行，相鄰兩平行通道中心線的距離相等(K1= K2= K3= K4=···)，轉角剪切次數η為奇數或偶數，剪切路徑可以通過改變通道的結構進行改變。如圖1所示，本發明多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的模具，包括模具本體I，在模具本體I內設置有通道2，通道2具有通道開口 3和出口 4，通道2為臺階式，具有多階臺階(若干階臺階)，依次連接構成連續彎曲的通道；在模具本體I內，對應通道2的形狀，設置有若干根加熱管5，在需要時啟動加熱管5產生熱量以使通道2的溫度達到工藝要求；加熱管5設置在通道2的單側或雙側，最佳是設置在通道2的兩側，以使溫度均勻；加熱管5采用現有的加熱結構，如電加熱管等。圖中所示，通道2是三階臺階式，三階臺階依次連通，由第一水平通道段21、第一斜向通道段22、第二水平通道段23、第二斜向通道段24、第三水平通道段25構成，形成連續彎曲的通道，供待處理的鎂合金板材6通過并產生大的剪切變形。通道2的每段水平通道段和斜向通道段的高度相等，圖中的H1=H2=H3=H4=H5，且相鄰的水平通道段和斜向通道段之間夾角相等，圖中的Θ 1= Θ 2= Θ 3= Θ 4，每段水平通道段和斜向通道段的高度應與板材厚度相等，夾角為100° —160°之間，相鄰的水平通道段和斜向通道段之間內側圓角半徑相等，圖中的rl=r2=r3=r4，每段水平通道段的中心線相平行；水平通道段相平行，平行的水平通道段中心線之間的距離相等，圖中的Kl= K2，轉角剪切次數η為奇數或偶數。如圖1、2所示，本發明的模具在配合安裝時，通道開口 3與熱軋機雙軋輥7的出口相對應，設置在雙軋輥7的出口的后面，鎂合·金板材6經常用的熱軋機雙軋輥7軋制后，經通道開口 3順利進入多級連續轉角剪切變形模具的通道2內，產生大的剪切變形。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法，其特征在于，將多級連續轉角剪切變形模具安裝于雙輥熱軋機的雙軋輥出口處，多級連續轉角剪切變形模具中設置的通道開口與熱軋機雙軋輥出口相對應，待處理的鎂合金板材經雙輥軋制后經通道開口直接進入多級連續轉角剪切變形模具的通道中；利用雙輥軋制變形產生的摩擦力提供動力，使待處理的鎂合金板材通過所述模具內設的連續彎曲通道實現多級連續轉角剪切變形，所述連續彎曲通道是臺階式，每段通道高度相等且相鄰兩段通道間夾角相等。
2.根據權利要求1所述的多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法，其特征在于，相鄰通道間夾角相等，0 1=02=03=04= =01!，夾角為100。—160。之間。
3.根據權利要求1所述的多級連續轉角剪切變形模具，包括模具本體(1)，其特征在于在模具本體(I)內設置有通道(2)，通道(2)具有通道開口(3)和出口(4)，通道(2)為臺階式，具有多階臺階，依次連接構成連續彎曲的通道；每段通道高度相等，相鄰兩段通道間夾角相等，相鄰兩段通道間內側圓角半徑相等。
4.根據權利要求3所述的多級連續轉角剪切變形模具，其特征在于，在模具本體(I) 內，對應通道(2)的形狀，設置有若干根加熱管(5)。
5.根據權利要求3或4所述的多級連續轉角剪切變形模具，其特征在于，所述通道(2)是三階臺階，由第一水平通道段(21)、第一斜向通道段(22)、第二水平通道段(23)、 第二斜向通道段(24)和第三水平通道段(25)構成，依次連接形成連續彎曲的通道；每一個通道段的高度相等，H1=H2=H3=H4=H5 ;相鄰水平通道段與斜向通道段之間夾角相等， Θ != θ 2= Θ 3= Θ 4 ;相鄰水平通道段與斜向通道段之間內側圓角半徑相等，ri=r2=r3=r4，每段水平通道段的中心線相平行，相鄰兩水平通道段中心線的距離相等，K1= K2。
全文摘要
本發明公開一種多級連續轉角剪切變形制備鎂合金板材的方法及模具。該方法利用雙輥軋制變形產生的摩擦力提供動力，使待處理的鎂合金板材通過一個內設有連續彎曲通道的模具實現多級連續轉角剪切變形，該通道是臺階式，每段通道高度相等且相鄰兩段通道間夾角相等。本發明的工藝方法簡單，裝置制造方便，能實現單道次軋制變形中獲得大的剪切變形和應變積累，生產效率顯著提高，能更有效的改善鎂合金板材的微觀組織和晶粒取向，從而提高鎂合金板材的綜合力學性能和二次加工性能。
文檔編號B21B15/00GK103042034SQ201210588388
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者周濤, 胡建軍, 楊明波, 周志明, 夏華, 胡紅軍, 陳康 申請人:重慶理工大學