AZ31B镁合金轧制过程中的温升效应研究

本研究采用内镶测温偶原位测量的方法测定了AZ31B 镁合金在不同轧制工艺条件下的温度变化过程。结果表明：整个温度变化过程分为变形过程（0.02~0.08s）和温度均匀过程（0.8~1.2s）。这两个阶段的温升值都与压下量正相关,而与初轧温度反相关。在200℃45%压下量轧制时两温升值分别达到80℃和35℃。在此基础上建立经验公式来预测温升。变形热引起的温升效应显著影响轧板的组织和再结晶行为。     

变厚度轧制对AZ31镁合金板材边部损伤影响分析

基于变厚度轧制工艺理论,利用DEFORM-3D软件对AZ31镁合金板材轧制边部损伤行为进行分析。设定轧制温度为350℃,轧辊转速为20 r/min,先对3组试样进行压下量分别为板厚的37.5%,75%和112.5%立轧预变形;随后进行小压下量多道次或大压下量单道次的平辊轧制。结果表明:对镁合金板采用变厚度轧制工艺能显著减少其边部损伤;立辊侧压量为37.5%时效果最好,其最大损伤因子为0.35;变厚度轧制工艺更适用于大压下轧制,当立辊侧压量为75%,平辊压下量为49%时最大损伤因子最小,仅为0.126;侧压量的取值与板厚有关。     

异步冷轧压下量对AZ31镁合金板显微组织的影响

对AZ31镁合金板进行了5%、10%、15%压下量的异步冷轧,通过金相分析研究了不同的冷轧压下量对AZ31镁合金板材截面显微组织分布的影响。结果表明:随着压下量的增加,板材组织中孪晶和形变带增加。5%和10%压下量时,AZ31镁合金冷轧板的变形主要为孪生;压下量为15%时,变形主要为孪晶和形变带。当压下量较小时,孪晶在板材厚度方向的分布存在明显的不均匀,轧面附近的孪晶比板材心部多。随着变形逐渐深入到板材内部,剪切应变在板材厚度方向上各层的分布也逐渐趋于均匀。由于是异步轧制,板材上下轧面附近剪切应变分布不同,对应显微组织中的孪晶和形变带存在差异。     

AZ31B镁合金热轧后组织性能预测模型的建立

在压下量为10%~40%、轧制速度为0.1~0.8 m/s、初轧温度为250~400℃条件下对AZ31B镁合金进行轧制实验,对轧后镁板的微观组织和力学性能进行综合研究。引入Zener-Hollomon参数,综合考虑初轧温度T、变形速率ε,建立平均晶粒尺寸预测模型;对轧后镁板抗拉强度与平均晶粒尺寸关系进行非线性拟合解析,建立抗拉强度数学模型,基于上述模型建立AZ31B镁合金热轧后组织性能预测模型。结果表明,轧后镁板微观平均晶粒尺寸与宏观抗拉性能存在较强相关性,解析精确度取决于轧前工艺参数的制定,精确求解变形速率ε可有效提高晶粒尺寸及抗拉强度的预测精度;AZ31B镁合金热轧后组织性能预测模型既能指导热轧前设计最优的轧制制度,又能根据轧前工艺参数在线检测进行热轧后镁板组织及性能的综合评估。     

AZ31B镁合金轧制过程中的温升效应

采用内镶测温偶原位测量的方法测定了AZ31B镁合金在不同轧制工艺条件下的温度变化过程。结果表明:整个温度变化过程分为变形过程(0.02~0.08 s)和温度均匀过程(0.8~1.2 s)。这2个阶段的温升值都与压下量正相关,而与初轧温度反相关。在200℃下45%压下量轧制时两温升值分别达到80和35℃。在此基础上建立经验公式来预测温升。变形热引起的温升效应显著影响轧板的组织和再结晶行为。     

AZ31镁合金轧制变形后组织性能研究

本文研究了不同轧制变形量和轧制速度对AZ31镁合金板材微观组织和力学性能的影响。轧制变形可显著细化AZ31镁合金板材的晶粒尺寸并提高其综合力学性能。当轧制速度为5m/min,轧制变形量为50%时,板材平均晶粒尺寸最细可达到9μm,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高到280MPa、180MPa和30%以上,同时探讨了AZ31镁合金屈服强度与晶粒大小之间的关系。在大量AZ31镁合金轧制相关文献和本文一系列实验研究的基础上,对比分析了不同轧制工艺对AZ31镁合金综合力学性能的影响。研究表明,本文所采用轧制工艺可显著提高AZ31镁合金板材的综合力学性能,同时降低板材轧向和横向的各向异性。     

镁合金热辊轧制温升效应研究

研究了热辊轧制中AZ31B镁合金不同工艺条件下厚度方向温度分布及其与组织的关系,并在此基础上建立了能量守恒的简化方程来预测温升。结果表明:变形过程中各层金属的温升均与压下率正相关,而与初轧温度反相关。辊温显著影响轧制时的表面温降和总体温升,使得热辊轧制表层组织中孪晶明显减小,轧板中再结晶更加充分。此外,基于能量守恒的简化方程的计算结果与实测数据吻合较好。     

AZ31镁合金轧制板材退火后的组织与力学性能

采用单向轧制和交叉轧制工艺分别进行了AZ31镁合金板材轧制实验,分析了轧制板材经退火处理后的组织与力学性能。结果表明:采用单向轧制工艺,当板材最终变形量相等时,经退火处理后的板材大压下量比小压下量得到的微观组织更为细小;交叉轧制得到轧制板材可以缓解镁合金轧制板材在室温下的各向异性,其微观组织较单向轧制均匀,具有更好的冲压成形性能;交叉轧制和单向轧制两种工艺得到的板材微观组织细化效果相似。     

AZ31B镁合金板材轧制边裂与温度场研究

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150mm×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。     

镁合金板材轧制边裂的预测和流变-损伤分析(英文)

研究镁合金板材轧制过程中的温度变化、边裂和轧制力,建立热-力-损伤耦合有限元模型。采用楔形试样研究压下量对温度、损伤和轧制力的影响。结果表明:随着压下量的增加,轧制力增大,镁板的温度降低;当压下量大于51.6%时,发生边裂,此时损伤值大于0.49;镁板轧制中的塑性?损伤是空洞发展、剪切变形和应变积累综合作用的结果。     

AZ31镁合金板材纵波轧制形变规律及边部损伤分析

纵波轧制+平辊轧制(LFR)是一种减轻镁合金轧制边裂的新型轧制工艺,通过一道次纵波轧制+二道次平轧,可有效减少镁合金板材边裂。为了进一步明晰LFR变形规律,本文通过对比AZ31镁合金板材纵波轧制+平轧(LFR)及平轧+平轧(FFR)热-力耦合有限元虚拟轧制对比和物理实验,分析了纵波轧制变形区金属变形规律及其对板材边部损伤的影响。结果表明：纵波轧制形成了异形搓轧区,板材各部位受到较大的三向剪切作用;急速金属流动产生的塑性变形热避免了板材边部温降,有利于提升塑性;剪切及温度影响促使LFR板材形成混晶组织,降低了波谷部位损伤,进而有效抑制了镁合金板材边裂的产生及发展。     

Investigation on Temperature Change of Cold Magnesium Alloy Strips Rolling Process with Heated Roll

Magnesium alloy strips are widely used in aerospace, automotive industry, etc., which are difficult to produce through cold forming process due to their poor deformation ability. In this article, we studied whether the rolling process with heated roll could be used to roll cold magnesium alloy strips. Thermal-mechanical finite element simulation of the rolling process, using heated roll and cold strips to produce the magnesium alloy strips, was carried out. Influences of roll temperature, rolling velocity, rolling reduction ratio, and initial strip thickness on the thermal field and the mean temperature of magnesium alloy strips were analyzed. Both the heated area in strips in rolling deformation zone and the mean temperature of strips at exit of rolling deformation zone increase with increasing the roll temperature and/or rolling reduction ratio, and/or with decreasing the rolling velocity and/or initial strip thickness. Finally, a formula was developed to predict the mean temperature of strips under different rolling conditions, which also could be used to calculate the critical value of parameters in rolling process.     

异步轧制AZ31镁合金板材室温冲压性能研究

文章主要对异步轧制AZ31镁合金板材室温冲压性能进行了研究,以探讨提高镁合金板材冲压性能的途径。结果表明,异步轧制有利于板材的晶粒细化,其晶粒尺寸约为7.6μm,明显小于普通轧制板材的12.5μm;而由于异步轧制过程中剪切变形的作用,异步轧制使板材的(0002)基面晶粒取向减弱;与普通轧制相比,异步轧制板材的应变硬化能力增加,屈服强度降低,制耳参数减小,但塑性应变比也降低,这可归因于异步轧制所导致的晶粒细化和晶粒取向的改变。     

AZ31镁合金铸轧和常规轧制板的变形组织及形变特征

在变形温度为150～400 ℃、应变速率为0.3～0.000 3 s~(-1)条件下,在Gleeble1500热模拟机上采用等温拉伸试验对AZ31镁合金铸轧和常规轧制板的高温塑性及组织演变进行研究.结果表明:两种AZ31镁合金板的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的降低和应变速率的增加而逐渐增大.铸轧板的应变硬化指数和应变速率敏感系数均大于常规轧制板的.在高温低应变速率变形条件下,铸轧板的晶界滑移引起的空洞尺寸、体积分数和密度均大于常规轧制板的.低应变速率下拉伸变形后的动态再结晶晶粒尺寸随温度的升高逐渐增加;不同变形条件下铸轧板的晶粒尺寸均小于常规轧制板的;再结晶晶粒尺寸和Z参数呈幂律关系.     

Effect of deformation mode,dynamic recrystallization and twinning on rolling texture evolution of AZ31 magnesium alloys

In order to obtain quantitative relationship between (0002) texture intensity and hot rolling conditions, conventional rolling experiments on AZ31 magnesium alloys were performed with 20%–40% reductions and temperatures within the range of 300–500 °C. Shear strain and equivalent strain distributions along the thickness of the rolled sheets were calculated experimentally using embedded pin in a rolling sheet. Rolling microstructures and textures in the sheet surface and center layers of the AZ31 alloys were measured by optical microscopy (OM), X-ray diffractometry (XRD) and electron back scatter diffraction (EBSD). Effects of the rolling strain, dynamic recrystallization (DRX) and twinning on the texture evolution of the AZ31 alloys were investigated quantitatively. It is found that the highest (0002) basal texture intensities are obtained at a starting rolling temperature of 400 °C under the same strain. Strain–temperature dependency of the (0002) texture intensity of the AZ31 alloy is derived.     

镁合金热连轧过程数值模拟

针对镁合金热连轧过程中已发生边裂的问题,采用ANSYS变形热力耦合数值分析法,对 AZ31镁合金板在350℃、0．5 m·s-1轧制速度下的三道次连轧过程进行了有限元模拟,并应用LS-DYNA后处理器对轧制过程中镁板不同部位的温度、应力分别进行了分析,并对模拟结果进行实验验证。研究结果表明：热连轧过程中,首道次镁板温降值较大,而且不同位置的温降幅值不同;此外,轧制过程中镁板边部中心层应力始终大于中部表层应力值。轧制过程中温度的不均匀变化以及边部应力集中使得镁合金在热连轧过程中易于发生边裂。     

镁合金温控轧辊的温度场研究

镁合金板材轧制对工作辊的温度有特殊控制要求,本文采用导热油循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,基于有限差分法建立了轧辊、导热油传热过程的差分模型,利用FLUENT建立了导热油加热轧辊的流固耦合传热模型,并辅以相应的实验验证,给出了其传热过程中轧辊的温升曲线、辊身表面及横截面温度分布。结果表明：在不同的加热条件下,其表面温度分布呈现操作侧温度高、驱动侧温度低的特点,两端的温差范围在5-12℃,且流体温度与速度对其影响较小;轧辊内壁与外壁的最大温差6℃,可近似认为径向温度分布均匀;随着加热时间的增加,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快;轧辊停止加热后,其表面温度不会立即下降且持续增长一段时间,这段时间约为5-8分钟,流体的温度和速度对延长的时间影响较小;轧辊表面平均温度的计算值与实验值吻合较好,最大相对误差为8.3%,表明该模型可正确预测轧辊表面的平均温度,作为镁合金板材轧制模型的一部分,利于轧制过程中轧辊的“等温”控制,实现“镁合金板材的等温轧制”控制。     

AZ31B镁合金中厚板轧制热力耦合场数学模型

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机对铸态AZ31B镁合金圆柱试样进行了宽范围变形条件下的热压缩试验,拟合热压缩试验数据,针对镁合金应变软化特性建立了一种新的热力本构模型;依托于Deform-3D对镁板的实际热轧过程进行了热力仿真分析,依据轧制理论假设、宏观连续介质力学以及热力学原理,采用数学解析的方法建立了镁板热轧制区域中的应变、应变速率值分布模型以及三维温度场、应力场数学模型。研究结果表明:新建的热力本构模型预测精度较高,平均相对误差为5.1%;建立的轧制变形区域中的应变、应变速率值分布模型,温度场数学模型以及热力耦合场数学模型不仅形式简单易于为生产利用,更能精确表征中厚规格镁板热轧制过程中的热-力耦合变形机制。     

Influence of rolling ways on microstructure and anisotropy of AZ31 alloy sheet

Two rolling ways,unidirectional rolling and cross rolling,were carried out on twin roll cast AZ31 alloy sheet to study the influence of strain path change on the evolution of the rolling microstructure and texture as well as the anisotropic properties of AZ31 alloy sheet with microscopy,X-ray diffraction technique and tensile tests.It is found that cross rolling gives rise to more uniform microstructure and stronger texture intensities compared with unidirectional rolling.The differences in the microstructure and texture intensities are reflected in the anisotropy characterized by the difference in the yield stress and the fracture elongation that were measured along directions in the rolling plane at angles of 0■,45■and 90■from the rolling direction.     

Improving single pass reduction during cold rolling by controlling initial texture of AZ31 magnesium alloy sheet

The AZ31 magnesium alloy sheets obtained by multi-pass hot rolling were applied to cold rolling and the maximum single pass cold rolling reduction prior to failure of AZ31 magnesium alloy was enhanced to 41%. Larger single pass rolling reduction led to weaker texture during the multi-pass hot rolling procedure. The sheet obtained showed weak basal texture, while the value was only 1/3–1/2 that of general as-rolled AZ31 Mg alloy sheets. It was beneficial for the enhancement of further cold rolling formability despite of the coarser grain size. The deformation mechanism for the formation of texture in AZ31 magnesium alloy sheet was also analyzed in detail.