本發明涉及金屬材料技術領域，具體涉及一種弱非織構鎂合金板材的高效軋制方法。

背景技術：

鎂合金具有比重小、比強度高、高阻尼、高導熱性以及減震性好、易于回收等優點越來越受到汽車、航空航天和3c等工業領域市場的青睞，尤其是具有良好塑性和成形性能的鎂合金板材在汽車后備箱門、客車行李艙門、電子產品外殼等領域有著迫切需求。

制備鎂合金板材最經濟和高效的方式之一是熱軋法，但是由于現有商業鎂合金塑性差，軋制時只能采用很小的道次變形量(道次變形量低于30％)，并且軋制道次間需要反復加熱坯料，加工工藝周期長，生產效率低，導致鎂合金板材的生產成本高；同時，由于傳統鎂合金塑性變形能力較差，軋制過程中極易產生邊裂，嚴重影響鎂合金板材的成材率；而且，最終得到的軋制板材具有強烈的基面織構，導致鎂合金板材室溫塑性低(一般在15～20％)、各向異性大，二次塑性加工成形能力不足。

申請人針對傳統鎂合金板材形成強烈的基面織構，導致鎂合金板材室溫塑性低、各向異性大，二次塑性加工成形能力不足的問題，利用稀土和鈣等元素的織構弱化效果，通過微合金化發展了一系列具有高塑性的mg-zn-re系鎂合金，該類合金合金經高溫塑性加工后具有非基面織構，并且在室溫具有高塑性。專利200910011111.1公布了名稱為“一種高塑性、低各向異性鎂合金及其板材的熱軋制工藝”的專利。該專利提出軋制mg-zn-re合金板具有弱化的非基面織構，室溫塑性高(可達40％及以上)，室溫成形性能好的特點。然而，該專利仍然采用傳統的軋制工藝，軋制周期長，生產效率低。

深入研究發現對于此類合金，由于re元素對再結晶過程的抑制作用，對于鑄錠，當單道次軋制變形量達到60％時，產生剪切變形而沒有出現再結晶軟化，導致軋制板材出現嚴重邊裂。

綜合考慮發現，目前鎂合金板材還沒有同時兼顧好軋制工藝周期、板材的成材率和最終軋制板材的弱織構三個方面，因而，有必要針對此類具有織構弱化效果的鎂合金，開發新的軋制工藝，在保證軋制后板材非基面織構和高塑性以及成材率的前提下，提高板材的生產效率，以滿足工業對鎂合金板材成材率和弱織構同時兼顧的需求。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種弱非織構鎂合金板材的高效軋制方法，適合于具有織構弱化和非基面化效果的mg-zn-re鎂合金，解決了這類鎂合金在傳統軋制工藝中軋制周期長，生產效率低等一系列問題。本發明提供的高效軋制方法能夠進行單道次最大80％壓下量的大變形量軋制，且板材表面和側邊均無或淺邊裂，另外軋制板材在退火后的織構最大極密度值≤6m.r.d.,同時也為沿板材橫向偏轉40°以上的非基面織構。本發明的軋制方法可以顯著減少上述鎂合金的軋制工藝周期、提高板材的成材率、獲得弱非基面織構，對擴大上述鎂合金板材在汽車、3c產品等領域的應用具有重大意義。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種弱非織構鎂合金板材的高效軋制方法，該方法是針對具有織構弱化和非基面化效果的mg-zn-re系合金進行軋制，其軋制工藝為：首先對鑄錠進行均勻化熱處理；然后在高溫下進行小變形量粗軋制后回爐退火，獲得完全再結晶組織和弱織構粗軋板；再對所述粗軋板采用降溫大變形量軋制；最后對板材進行二次退火處理。最終所獲得軋制板材的邊裂深度＜5mm；(0002)面織構強度≤6m.r.d.,且其織構為沿軋制橫向偏轉35°以上的弱非基面織構。

本發明軋制方法具體包括如下步驟：

1)均勻化熱處理階段：溫度400～520℃，保溫時間為10～16h；

2)高溫小變形量粗軋階段：軋制溫度400-500℃，每道次變形量5％-19％，累積變形量30％-60％；粗軋后對板材進行退火處理，退火溫度320-450℃，退火時間10min～180min，由此獲得完全再結晶組織和弱織構；

3)降溫大變形量軋制階段：軋制溫度為300-450℃，每道次變形量為60％-80％，軋制道次為1-3道次；所述降溫大變形量軋制階段，采用道次間逐次降溫的軋制方式。

4)最終得到的板材進行退火處理(二次退火)，退火溫度為300℃-450℃，退火 時間0-120min。

上述步驟2)和步驟3)中熱軋制工藝中，軋輥預熱溫度為室溫～350℃。

本發明中，所述具有織構弱化和非基面化效果的mg-zn-re系合金的化學組成為(wt.％)：zn為0.1-2.0％，re為0.1-0.8％，其余為鎂；其中：re為稀土元素(re為gd、ce、y和nd中的一種或幾種)。

本發明原理如下：

鎂合金屬于密排六方結構，滑移系少，難以滿足vonmises準則所要求的5個獨立滑移系的要求，軋制變形能力差。研究表明，鎂合金的軋制性能可以通過提高軋制溫度、減小坯料的初始晶粒尺寸、調控初始織構以及合金元素來提高。其原理如下：

(1)高溫條件下(＞400℃)，由于鎂合金的棱柱面和錐面滑移系的臨界剪切應力(crss)明顯降低，棱柱面和錐面滑移啟動，滑移系增加至5個，可以滿足vonmises準則所要求獨立滑移系的數量要求，軋制性能明顯改善；

(2)初始坯料的晶粒尺寸影響鎂合金的軋制變形能力，主要表現在粗大的晶粒尺寸會導致發生壓縮孿生變形，而壓縮孿晶容易成為裂紋源的萌生點，這些細小裂紋源在軋制過程中會繼續沿孿晶界擴展，最終引起邊裂，減小晶粒尺寸會抑制孿生從而降低裂紋源的萌生，另外，當初始晶粒尺寸減少到一定程度以后，鎂合金在軋制過程中的再結晶機制發生轉變，由孿晶動態再結晶變為連續動態再結晶，這一變化也能有效降低軋制過程中的邊裂，實驗發現，當初始晶粒尺寸低于100μm，鎂合金的軋制性能會顯著提高；

(3)坯料的初始織構影響鎂合金板材的軋制性能主要表現在影響基面滑移和柱面滑移的schmid因子。研究表明，當初始織構為沿著板材軋制橫向的非基面織構時，柱面滑移的schmid因子較高，適合柱面滑移，而柱面滑移不會導致晶粒基面逐漸向板材的軋制面靠攏，即柱面滑移可以延緩織構基面化的速率，從而可以使板材獲得持續的軋制變形能力；

(4)稀土元素合金化會降低鎂合金的基面層錯能，提高柱面滑移和錐面滑移的活性，從而也能有效提高鎂合金的變形能力，但是由于稀土原子易偏聚和形成含稀土的第二相，這二者會影響鎂合金的再結晶過程，尤其是提高再結晶發生的溫度，因此，要獲得較高的軋制變形能力，必須保證較高的變形溫度，以利于發生動態再結晶的軟化作用。再考慮到稀土鎂合金在熱變形過程中的再結晶晶粒取向隨機化，避免強基面 織構的形成，從而也可以使板材獲得一個持續的軋制變形能力。

綜合上述四個因素，可以發現，稀土元素合金化，結合高的軋制溫度，向板材軋制橫向偏轉的初始織構和低于100μm左右的晶粒尺寸能顯著提高鎂合金板材的軋制性能。

本發明具有以下優點和有益效果：

1)顯著減少軋制道次和中間退火次數，縮短軋制周期，提高軋制效率。

2)大的軋制道次變形量還能顯著細化最終板材的晶粒尺寸，消除由于軋制溫度過高導致的晶粒粗化。

3)采用本工藝方法可以獲得弱非基面織構，無邊裂或少邊裂的板材。

附圖說明

圖1為mg-2.0zn-0.3gd(wt.％)合金在高溫小變形量軋制后320℃退火3h后獲得的(a)完全再結晶組織和(b)弱織構；(c)大變形量軋制板材的宏觀照片；(d)板材軋態下的織構；(e)板材經350℃退火1h后的織構。

圖2為mg-2.0zn-0.7gd(wt.％)合金(a)高溫小變形量軋制后板材的宏觀照片；(b)大變形量軋制板材的宏觀照片；(c)板材經400℃退火2h后的織構。

圖3為mg-1.3zn-0.2ce(wt.％)合金(a)高溫小變形量軋制后板材的宏觀照片；(b)大變形量軋制板材的宏觀照片；(c)板材經350℃退火1h后的織構。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例詳述本發明。需強調的是，以下實施例僅用于說明本發明，而并不是對本發明的限定。

實施例1

將mg-2.0zn-0.3gd(wt.％)合金鑄錠在450℃保溫12小時均勻化處理后，將鑄錠切為100mm(長)×80mm(寬)×20mm(厚)的坯料并銑面；將銑面后的坯料在420℃保溫30min后進行軋制，軋輥溫度為室溫，高溫小變形量軋制階段采用3道次連續軋制的方法將坯料由20mm厚軋至10mm厚，累積變形量為50％，板材表明和側邊均無裂紋；再將板材在320℃退火3h后獲得完全再結晶組織和弱織構，如圖1(a)-(b)所示；然后在300℃保溫15min后進行大變形量軋制，采用單道次軋制變形的方法， 軋制變形量為80％，最終得到2mm厚的板材，其表面和側邊均無裂紋，如圖1(c)所示。最終板材本身即具有弱織構，如圖1(d)所示，也可對板材在350℃下進行退火1h，獲得更弱的非基面織構，其強度為2.88m.r.d.，織構峰值向橫向偏轉約55°，如圖1(e)所示。

實施例2

將mg-2.0zn-0.7gd(wt.％)合金鑄錠在480℃保溫10小時均勻化處理后，將鑄錠切為150mm(長)×100mm(寬)×20mm(厚)的坯料并銑面；將銑面后的坯料在500℃保溫30min后進行軋制，軋輥溫度為室溫，高溫小變形量軋制階段采用3道次軋制的方法將坯料由30mm軋制至15mm(累積變形量為50％)，板材表明和側邊均無裂紋，如圖2(a)所示；再將板材在350℃退火1h；然后采用降溫大變形量軋制的方法，將15mm板材在400℃下保溫15min后，采用一道次65％的大變形量軋制，再將板材在350℃下進行一道次62％的大變形量軋制，最終得到約2mm厚的板材，其表面無裂紋，側邊裂紋深度＜2mm，如圖2(b)所示。對板材在400℃下進行退火2h，獲得弱織構，其強度為5.63m.r.d.，織構峰值向橫向偏轉約45°，如圖2(c)所示。

實施例3

將mg-1.3zn-0.2ce(wt.％)合金鑄錠在460℃保溫6小時均勻化處理后，將鑄錠切為150mm(長)×100mm(寬)×30mm(厚)的坯料并銑面；將銑面后的坯料在400℃保溫30min后進行軋制，軋輥溫度為室溫，高溫小變形量軋制階段采用多道次連續軋制的方法將坯料由30mm軋制至15mm(累積變形量為50％)，板材表面和側邊均無裂紋，如圖3(a)所示；再將板材在330℃退火1h后，采用一道次大變形量軋制的方法，變形量約為60％，最終得到約2.4mm厚的板材，其表面無裂紋，側邊裂紋深度＜5mm，如圖3(b)所示。對板材在350℃下進行退火1h，獲得弱織構，其強度為4.03m.r.d.，織構峰值向橫向偏轉約42°，如圖3(c)所示。