本發明屬于有色金屬加工領域，具體涉及一種鎂合金板坯超聲鑄軋方法。

背景技術：
鎂合金具有密度輕、比強度和比剛度高、電磁屏蔽和阻尼性能好等優點，在軍事與民用領域都具有良好的應用前景，高性能鎂合金板材日益受到制造領域的重視。然而，鎂合金為密排六方晶體結構，其對稱性低，室溫下可啟動的滑移系少，變形加工困難，傳統鎂合金板材制備工藝較復雜，加工成本居高不下。雙輥鑄軋技術具有短流程、低能耗和高效率的優勢，可顯著降低鎂合金板材加工成本，在鎂合金板材加工領域具有良好的應用前景。近年來，研發人員發現鎂合金鑄軋過程中α-Mg枝晶在生長的同時向鄰近液相排出Al、Zn等溶質元素，造成溶質在枝晶間未凝固的液相中富集，在枝晶間形成初晶α-Mg和不規則的塊狀Mg17(Al，Zn)12相組成的離異共晶，鑄坯組織沿著傳熱方向形成發達胞狀晶。此外，熔體凝固過程中溶質元素排擠至鑄坯中心部位，極易形成中心線偏析，不利于后續軋制。鎂合金鑄軋板坯存在的組織粗大和成分偏析等問題，必然會限制鎂合金鑄軋板坯后續加工性能。超聲外場對金屬凝固組織有顯著的有益影響，在鎂合金鑄軋過程中施加超聲外場，可利用聲空化和聲流效益，促進形核細化晶粒，并改善溶質分布均勻性，提高鎂合金鑄軋板坯組織與成分均勻性。目前鎂合金超聲鑄軋制備方法中，超聲施加位置多放置于前箱與鑄嘴熔體流經位置，距離合金熔化液凝固前沿有還有一段距離，超聲波到達凝固前沿時，已經大幅衰減，難以充分發揮超聲外場對鎂合金鑄軋板坯凝固組織改善的功效。

技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提出一種鎂合金板坯超聲鑄軋方法，改變傳統超聲鑄軋中超聲探頭施加位置，將其直接施加在鑄軋區凝固前沿位置，有效利用超聲外場聲空化和聲流效益，顯著改善鎂合金鑄軋板坯組織結構與成分分布，改善板坯冶金質量，并提高成品鎂合金板材的力學性能。本發明目的通過以下技術方案來實現：鎂合金板坯超聲鑄軋方法，其包括如下步驟：合金熔煉、熔體輸送、鑄軋立板、超聲振動和板坯卷取，其特征在于：鑄軋過程中采用空心軋輥，將超聲探頭設置在軋輥內，并且位于軋輥靠近熔體輸送側，以在熔體凝固前沿施加超聲外場。進一步的，超聲探頭施加在軋輥內壁，軋輥為環狀軋輥。進一步的，超聲波發生裝置功率范圍在2-8kW，頻率25±0.5kHZ。進一步的，超聲探頭數量根據軋輥直徑與鑄軋速度進行匹配設置，超聲探頭數量范圍為2-6個，上下軋輥對稱設置。進一步的，軋輥直徑范圍300-800mm，鑄軋速度范圍1-3m/min。進一步的，在鑄軋時應匹配鑄軋速度，隨時開啟進入鑄軋區凝固前沿范圍內的兩個超聲波探頭，輸入超聲波；在超聲探頭隨軋輥旋轉遠離鑄軋區凝固前沿范圍時，及時切除超聲波輸入。進一步的，軋輥采用熱風預熱與冷風冷卻方式，將高壓氣體介質直接噴吹在軋輥表面實現軋輥溫度控制。進一步的，鑄軋板坯之前軋輥表面溫度預熱至150～300℃，鑄軋過程中軋輥表面溫度冷卻至250～350℃范圍內。進一步的，預熱氣體由火焰燃燒提供熱源，冷卻氣體采用高壓氬氣、氮氣或二氧化碳作為冷卻軋輥風冷系統的氣源。進一步的，該鑄軋方法能夠制備厚度3-8mm、寬度200-2000mm的鎂合金鑄坯。通過上述技術手段，本發明具有以下積極效果：(1)功率超聲施加位置在軋輥內壁，聲流與聲空化效應可直接作用于鑄軋凝固前沿，大大減少原有超聲鑄軋作用在前箱或鑄嘴位置而產生的聲波衰減；(2)本發明功率超聲施加方式，可根據工藝調整超聲探頭施加位置和施加數量，以匹配鎂合金鑄軋多種合金牌號和鑄坯規格變化需求；(3)超聲波探頭施加在鑄軋凝固前沿位置，可大幅減少超聲波傳播距離，充分發揮功率聲空化和聲流效益，達到細化晶粒、均勻成分分布的目的，提高鑄坯冶金質量；(4)采用軋輥氣體預熱和冷卻系統，替代原軋輥預熱和冷卻裝置，可消除鑄軋過程中輥套破裂漏水而引起鎂合金熔體劇烈爆炸的隱患，提高工業生產安全性；此外風冷裝置冷卻強度相對水冷系統更低，鎂合金的密度低、比熱容小且凝固潛熱小，鑄坯凝固需要的冷卻強度遠低于其它合金，風冷系統的冷卻強度可與鎂合金材料熱物理性能良好匹配；(5)軋輥去掉軋輥輥芯裝置，可減少軋輥預熱時無效熱量散失，在預熱時可提高預熱效率、高精度控制軋輥預熱溫度；同時鑄軋軋輥重量顯著降低，能夠降低工業鑄軋過程中的無效功率消耗，節約成本。采用本發明的超聲鑄軋方法制備的鎂合金板坯成品率高，力學性能優良，抗拉強度可到達260～280MPa，屈服強度200～220MPa，延伸率15～20％，平均晶粒尺寸10μm以下。附圖說明圖1是本發明超聲鑄軋過程的示意圖。圖2為超聲鑄軋機超聲探頭施加方式示意圖。圖3為軋輥預熱和冷卻系統示意圖。圖4為超聲波發生裝置與探頭布置方式的示意圖。其中：1-鎂合金熔液；2-軋輥；3-超聲波探頭；4-鑄軋板坯；5-軋輥預熱和冷卻系統；6-軋輥加強筋；7-預熱和冷卻氣體噴嘴；8-預熱通道閥門；9-冷卻通道閥門；10-鼓風機；11-煤氣燃燒器；12-氮氣站；13-功率超聲發生裝置。具體實施方式下面對本發明作進一步闡述。本發明的鎂合金板坯超聲鑄軋方法包括如下步驟：合金熔煉→熔體輸送→鑄軋立板→超聲波振動→鑄坯卷取，各工序的要求及參數范圍如下：(1)鎂合金熔體澆注溫度680～700℃；(2)軋輥預熱溫度為150～300℃；(3)超聲波發生裝置功率根據鑄坯寬度設置，對應于輥面寬度200～2000mm的軋輥，超聲波功率2～8kW；功率超聲頻率為25±0.5kHZ；(4)上下軋輥超聲波施加探頭個數根據鑄軋速度設置，對應于鑄軋速度1～3m/min范圍，超聲波振動頭沿軋輥圓周方向均勻分布；(5)上下軋輥中超聲波振動頭，在進入鑄軋區凝固前沿時開始振動，在離開鑄軋區后，停止振動；不同位置振動頭施加振動與停止振動時刻，通過軋輥轉動編碼器進行位置跟蹤，實時控制超聲振動頭的開啟與關閉；(6)鑄坯厚度3～8mm，卷取溫度為200～300℃。如圖1所示，本發明的鎂合金板坯超聲鑄軋方法，首先利用軋輥預熱和冷卻系統5中的軋輥預熱功能，對軋輥表面噴吹高溫氣體，將軋輥溫度預熱至合理范圍；然后，鎂合金熔液1由輸送裝置輸送到軋輥2左側，軋輥2在軋制過程中溫度會逐漸升高；高溫的軋輥對生產的鎂合金板坯的尺寸以及表明性能極為不利，因此將軋輥預熱和冷卻系統5切換至軋輥冷卻功能模塊，對軋輥2進行冷卻，用高壓氣體直接噴吹在軋輥上，帶走軋輥2表面熱量。如圖2所示，軋輥厚度30mm，在輥環內壁左右兩側和中心位置設置結構加強筋。超聲波探頭3施加位置位于上下軋輥內壁，對稱分布在鑄軋板坯寬度的1/4和3/4位置。軋輥2為環狀軋輥，超聲探頭施加在軋輥內壁。超聲探頭數量可根據軋輥直徑大小與鑄軋速度設置。內部中空的軋輥質量減輕，能夠降低工業鑄軋過程中的功率消耗，同時能夠提高軋輥預熱效率。軋輥厚度范圍10mm---50mm，寬度范圍200mm----2000mm。如圖3所示，鑄軋之前，軋輥2的預熱采用煤氣燃燒產生高溫氣體，鼓風噴吹至軋輥表面，將軋輥溫度預熱至150～300℃范圍；鑄軋過程中，軋輥2的冷卻采用高壓氮氣噴吹軋輥表面冷卻，氮氣氣源采用現場氮氣站制備，鑄軋過程中軋輥表面溫度冷卻至250～350℃。冷卻氣體還可以為高壓氬氣或高壓二氧化碳氣體。如圖4所示，功率超聲發生裝置13設置在軋輥2內部，軋輥內的各個超聲波探頭3與功率超聲發生裝置13電連接。超聲功率發生裝置13由電源、功率發生器和超聲探頭三個部分組成，超聲探頭施加位置在環狀軋輥內壁，施加數量和位置，可以配合工藝進行調整。超聲波探頭3根據軋輥直徑大小和鑄軋速度可以設置多個，優選4到6個超聲波探頭。鑄軋時配合鑄軋速度，在鑄坯凝固前沿位置開啟探頭輸入超聲波，當探頭位置旋轉遠離鑄軋區時，切斷該探頭超聲波輸入，根據軋輥速度對超聲波探頭3的開閉狀態進行設置，從而確保超聲作用于鑄坯凝固前沿。上述手段僅是本發明的較好實施例，并非對本發明作任何形式上的限制，任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本技術方案的范圍內。