AZ31B镁合金板材轧制边裂与温度场研究.docx

第 43 卷增刊 1稀有金属材料与工程Vol.43, Suppl.12014 年9 月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERINGSeptember 2014AZ31B 镁合金板材轧制边裂与温度场研究马立峰 1,2，庞志宁 2，黄庆学 2，马自勇 2，林金保 2 ，李志刚 1 (1. 吉林大学，吉林 长春 130025)(2. 太原科技大学 重型机械教育部工程研究中心，山西 太原 030024)摘 要：在轧制温度为 350 ℃，轧制速度为 0.5 m/s，压下量分别为 20%，30%，40%的不同工艺条件下，对规格为 150 mm×150 mm×7 mm 的 AZ31B 镁合金铸轧板材进行了轧制实验和数值模拟研究。对镁合金板材的表面温度场和裂纹应 力状态进行了分析，并建立了其表面温度梯度数学模型。分析在不同轧制条件下 AZ31B 镁合金板的边裂损伤和温度分 布的有限元数值模拟结果以及轧后显微组织，并将数值模拟计算结果和实验结果进行比较。结果表明：在同一温度条 件下，随着轧制压下量的增大，镁合金板塑性变形产生的热量增大，而小压下量条件容易促进 MgZn2 和 Mg2Si 等脆性 相的产生。因此，减少长条形孪晶和脆性相产生是控制边部裂纹的关键因素之一。 关键词：铸轧镁合金；边裂；温度分布；MgZn2；Mg2Si中图法分类号：TG146.2+2文献标识码：A文章编号：1002-185X(2014)S1-387-06国内外镁合金领域的学者和专家主要致力于变形 镁合金的挤压和铸造等方面的研究。在镁合金板材轧 制方面，张文玉等[1]通过纵横交叉轧制，细化板材的 晶粒，提高其力学性能；张丁非等[2]对镁合金板材轧 制边裂和预测进行了损伤分析，认为损伤是孔洞发展、 剪切变形和应变积累的综合作用的结果；程永奇等[3] 采用等径角轧制工艺，利用两轧辊和板材表面的摩擦 力实现板材的连续剪切变形；日本学者 Yasumasa 等[4] 利用交叉辊轧制镁合金板材，认为板材厚度方向的应 变的方向依赖性减小和宽度的拉伸应变有关， 同时 (0002)基面织构的密度减小是提高塑性的一个手段。 而对宽幅铸轧镁合金进行二次轧制变形的研究较少, 在铸轧镁合金热轧生产过程中，由于镁板受到空气对 流换热，热辐射，与轧辊接触传热等热变形因素及应 力分布不均的影响，会导致铸轧镁合金板产生裂纹缺 陷[5]，非常不利于后续的卷式张力轧制生产。因此作 者所在的课题组同中铝洛铜合作，进行了铸轧镁板热 轧变形的数值模拟和实验研究,对边裂和轧制温度问 题进行了重点分析，并利用 SEM-EDX 能谱分析和 XRD 等手段进行系统研究[6]，以期为后续与宽幅镁合 金铸轧机配套的六辊可逆炉卷式温轧机的自动化生产 工艺模型提供基础模型和数据。1实验方法及有限元数值模拟在轧制温度为 350 ℃，轧制速度为 0.5 m/s，工作 辊辊径为 Φ380 mm，工作辊辊身长度为 360 mm 的条 件下，分别以 20%，30%，40%的压下率对宽幅 AZ31B 铸轧镁板进行轧制，把铸轧卷板(见图 1)分割成 150 mm×150 mm×7 mm 的规格进行轧制。用 Deform-3D 有限元软件按照实际的轧制条件建 立数值模型，将实际热轧镁板实验和有限元计算进行 比较。图 2 为铸态 AZ31B 材料在 Gleeble-1500D 热模 拟试验机进行压缩实验的应力-应变曲线，温度条件为 350 ℃，应变速率分别为 0.005、0.05、0.5、5 s-1。其 应力-应变数据导入 DEFORM-3D 软件的材料库中，便 于在轧制模拟时定义镁板材料属性。铸轧 AZ31B 镁合金板材的化学成分如表 1。在 Deform-3D 有限元软件中设定的轧制参数如表2。选择镁板的六个面施加载荷，在此不考虑轧辊的温abEdge Cracks图 1 铸轧 AZ31B 镁合金板材Fig.1 AZ31B magnesium alloy sheet cast-rolled收稿日期：2013-05-23 基金项目：国家“973”计划（2011CB612204）；国家自然科学基金51204117）作者简介：马立峰，男，1977 年生，博士后，教授，太原科技大学重型机械教育部工程研究中心，山西 太原 030024，电话：0351-2776769，E-mail: mailto:pang.zhining@163.compang.zhining@163.com·388·稀有金属材料与工程第 43 卷140120Stress, ?/MPa100806040200350 ℃0.005 s-10.05 s-10.5 s-1 5 s-1aReduction of 20%0.00.81.0S