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鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中質(zhì)量最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)，鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高、彈性模量大、生物相容性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)和阻尼減震性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍工、裝備制造和3C電子等領(lǐng)域，被譽(yù)為“二十一世紀(jì)最具發(fā)展前景的綠色工程材料”。
軋制是生產(chǎn)鎂合金板材的主要方法之一，可靈活生產(chǎn)不同厚度和寬度的板材。軋制是塑性成形方法中制備鎂合金板材最經(jīng)濟(jì)有效的方法，軋制過(guò)程可以細(xì)化晶粒，改善組織并顯著提高合金的力學(xué)性能，多年來(lái)已經(jīng)發(fā)展了許多種軋制技術(shù)。然而，目前鎂合金板材軋制技術(shù)還不成熟，軋后板材各向異性高，沖壓成形性差，邊緣開(kāi)裂嚴(yán)重，材料利用率低，因此，需要通過(guò)研究鎂合金板材的軋制方法來(lái)促進(jìn)鎂合金發(fā)展。
鎂合金軋制方式有哪些？
軋制方式可分為常規(guī)軋制和特殊軋制。常規(guī)軋制分為：傳統(tǒng)軋制、熱擠壓軋制和雙輥連續(xù)鑄軋；特殊軋制主要有：異步軋制、交叉軋制、大應(yīng)變軋制、電脈沖軋制等。
一、常規(guī)軋制（NR）
1.1傳統(tǒng)軋制
傳統(tǒng)軋制是通過(guò)在軋機(jī)上熱軋和溫軋鎂合金鑄錠，有時(shí)也在最后采用冷軋來(lái)制備鎂合金板材的工藝。
傳統(tǒng)的軋制方式可以細(xì)化鎂合金組織晶粒，能夠一定程度的使力學(xué)性能有所改善，但是它也存在著一些不足。因?yàn)椴捎玫氖嵌嗟来涡∽冃瘟寇堉频墓に嚧胧枰虚g退火和加熱軋輥，低效且浪費(fèi)資源，造成鎂合金板材軋制生產(chǎn)的成本一直很高。
1.2熱擠壓軋制
一般而言的熱擠壓軋制法，是通過(guò)熱擠壓開(kāi)坯將板材軋制成所需要的形狀的軋制工藝方法。
因?yàn)閿D壓過(guò)程是在在擠壓筒中進(jìn)行，使得板材散熱較慢，最大程度的發(fā)揮出它的塑性，從而一定程度上可抑制鎂合金產(chǎn)生裂紋，因此該方法適用于大部分的鎂合金板材的生產(chǎn)，但該方法尚存在一些缺點(diǎn)，比如軋制的板材尺寸不能太大，材料軋制過(guò)程浪費(fèi)大，成品率低，設(shè)備和儀器投資大。
1.3雙輥連續(xù)鑄軋
鎂合金采取雙輥連續(xù)鑄軋技術(shù)（TRC）制備鎂合金板坯示意圖如圖1、圖2所示，分別是水平雙輥鑄軋和立式雙輥鑄軋。它使用2個(gè)反向旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)鳛榻Y(jié)晶器，在熔化鎂合金配料后，通過(guò)分配系統(tǒng)（鑄嘴）將熔體均勻地送入鑄輥之間，鑄輥將鑄造和塑性加工合為一體（鎂合金溶液在快速冷卻的同時(shí)發(fā)生塑性變形），以較高的效率制備出所需求的鎂合金板坯。
該工藝不經(jīng)過(guò)熱軋，與傳統(tǒng)方法相比，雙輥連續(xù)鑄軋技術(shù)生產(chǎn)周期短，效率高，成本低，節(jié)省能源，成材率高，并且軋后板材表面光滑，組織性能致密。但利用該方法制備鎂合金板材晶粒粗大，存在難以排除的氧化夾雜和鑄板缺陷，并且可生產(chǎn)的板材尺寸有限。于是，現(xiàn)在許多研究人員正在添加一些金屬精煉劑來(lái)精煉鑄件，以獲得具有細(xì)小均勻晶粒的鎂合金鑄軋板材，總之，該技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
二、特殊軋制
2.1異步軋制（DSR）
異步軋制原理如下圖3，它通過(guò)改變上下軋輥直徑、轉(zhuǎn)速、摩擦條件使得兩個(gè)工作輥表面線速度不相等，在軋制變形區(qū)形成了“搓軋區(qū)”，搓軋區(qū)減小了外摩擦水平壓力對(duì)變形的阻礙作用，從而顯著降低了軋制變形時(shí)的總壓力。故采用異步軋制使得板材晶粒細(xì)化，并且板材基面織構(gòu)強(qiáng)度得到減弱，屈服強(qiáng)度降低，塑性提高。
2.2交叉軋制
交叉軋制后板材晶粒變小，組織均勻穩(wěn)定，同時(shí)改善了基面織構(gòu)，使板材的塑性韌性提高，但沖壓成形性能卻稍有降低。同時(shí)交叉軋制技術(shù)可以優(yōu)化鎂合金的各向異性，使得力學(xué)性能更為均勻，板在不同方向上的力學(xué)性能在板面上較少。除此之外，交叉軋制后鎂合金板材基面織構(gòu)改善與晶粒細(xì)化使得板材強(qiáng)度增強(qiáng)，而板材脹形性能降低。因?yàn)檐堉品绞綄?duì)板材有所限制，交叉軋制加工工藝復(fù)雜，不適用于鎂合金板材的大規(guī)模制備。
2.3大應(yīng)變軋制（LSR）
大應(yīng)變軋制工藝是采用的劇塑性變形技術(shù)，能使晶粒尺寸發(fā)生大程度的減小，可獲得超細(xì)晶組織材料。大應(yīng)變軋制可分為累積疊軋和等徑角軋制。
1)累積疊軋
累積疊軋是劇烈塑性變形技術(shù)之一，這種工藝方法是在一定溫度下，將進(jìn)行加工硬化及脫脂等表面處理后獲得的兩塊尺寸相等金屬板疊軋并使其自動(dòng)焊合，然后用此工藝反復(fù)疊軋焊合從而獲得的板材具有較大應(yīng)變。
累積疊軋技術(shù)不僅設(shè)備投資低，工藝較其他方法簡(jiǎn)單，獲得成品率高，而且薄板軋制不限制應(yīng)變大小，材料的最終尺寸不發(fā)生改變，卻可細(xì)化組織提高材料強(qiáng)度，此工藝方法被認(rèn)為是最有望能制備大尺寸、高經(jīng)濟(jì)、高性能細(xì)晶鎂合金板材的工業(yè)化生產(chǎn)的方法。該技術(shù)具有誘人的應(yīng)用前景，但用此方法制備鎂合金板材時(shí)仍有一些缺點(diǎn)，例如厚板在加工中發(fā)生大塑性變形并開(kāi)裂，加熱時(shí)易發(fā)生氧化現(xiàn)象和制備大尺寸的板材較困難等。現(xiàn)在的累積疊軋主要用于制成高性能薄板。
2)等徑角軋制
等徑角軋制是基于等徑角擠壓的基本原理，將軋制和大剪切變形相結(jié)合的一項(xiàng)特殊軋制技術(shù)。等徑角軋制工藝可以改善鎂合金板材晶粒尺寸使得尺寸降低并產(chǎn)生大量細(xì)密孿晶，從而提高板材的強(qiáng)度和室溫塑性變形能力。
另外，經(jīng)等徑角軋制后的板材晶粒會(huì)在剪切力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而造成基面取向演化為非基面取向，使基面織構(gòu)明顯減弱。該工藝有較大的應(yīng)用前景，雖然有著軋制薄板時(shí)易失穩(wěn)起皺和軋制工藝過(guò)程不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，然而，隨著軋制通道的變大，板的強(qiáng)度變小，塑性和成形性有了明顯的改善。
2.4電脈沖軋制
兩個(gè)軋輥之間相互絕緣，施加脈沖電流同時(shí)進(jìn)行軋制的工藝稱為電脈沖軋制，將電流的電塑性效應(yīng)和塑性完美結(jié)合，在電塑性作用下，其塑性有了很大的改善。電脈沖軋制技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，例如降低材料的變形抗力，提高材料力學(xué)性能和成形極限，減少加工工序和改善產(chǎn)品質(zhì)量等。因此，電塑性加工電脈沖軋制技術(shù)在鎂合金塑性加工中具有很大的應(yīng)用前景。
三、軋制成形邊裂的研究
鎂合金特殊的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)導(dǎo)致其在軋制過(guò)程中極易出現(xiàn)邊裂等缺陷。邊裂不僅降低板材的成材率，而且在后續(xù)軋制過(guò)程中會(huì)發(fā)生擴(kuò)展，破壞生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性，嚴(yán)重制約了鎂合金的推廣應(yīng)用。因此，減少或消除鎂合金板材的邊裂缺陷，提高成品性能，已成為材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
影響邊裂形成的因素：
（1） 軋制溫度：溫度是影響鎂合金板材軋制過(guò)程的重要因素之一。鎂合金在常溫下塑性變形能力較差，一般需要對(duì)其加熱后進(jìn)行軋制。
（2） 壓下制度：壓下制度既包含軋制道次的最大壓下率，也包含該軋程累積的總壓下率。首先，道次壓下率達(dá)到一定數(shù)值后，鎂合金板材就會(huì)產(chǎn)生邊裂缺陷。其次，總壓下率對(duì)邊裂缺陷的形成也有很大影響。
（3） 軋制速度：軋制速度對(duì)鎂合金板材邊裂的產(chǎn)生也有重要的影響。高速軋制可提高鎂合金板材的軋制成形性能。
（4） 應(yīng)力狀態(tài)：在金屬變形過(guò)程中，大多數(shù)裂紋都是由不均勻變形和遇到障礙物(晶界或第二相)而引起的較高的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到臨界斷裂強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，鎂合金板材邊裂的產(chǎn)生亦是如此。
參考來(lái)源：
盧維娜，等.鎂合金板材軋制成形現(xiàn)狀及其發(fā)展.冶金與材料.2018.
劉江林，等.鎂合金板材軋制成形邊裂的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào).2020.
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