[发明专利]一种低Gd含量、高延展性镁合金板材及其热轧制工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种低Gd含量、高延展性镁合金板材及其热轧制工艺。 

背景技术

镁合金具有比重小、比强度高、高阻尼、高导热性以及减震性好、易于回收等优点越来越受到市场的青睐。目前，压铸镁合金已经大量应用于汽车和3C电子产品外壳等工业领域。但是，压铸镁合金后续表面处理工艺繁琐复杂、易污染环境，因此工业界希望采用具有较高生产效率的冲压、冲锻等二次加工方法，将镁合金板材直接成形成汽车、3C电子产品外壳。 

然而，由于现有工业用AZ31镁合金轧制性能差，轧制工艺流程长、成材率低；而且，板材的室温塑性低（一般在15～20%）、各向异性大、应变硬化因子小，导致其在室温和低温下的二次塑性加工成形的能力不足，二次成形困难，因而，二次加工通常需要在高温或中温才能进行，导致应用板材时生产效率低、生产和应用成本高。所以，开发具有高延展性、适合室温成形的低成本镁合金板材及其高效轧制工艺是目前镁合金板材研发的重点之一，对扩大镁合金板材的应用规模具有重要意义。 

制备镁合金板材最经济和高效的方式之一是热轧法，不仅可以生产宽幅薄板，而且可以通过反复轧制及热处理，调控晶粒尺寸、组织和织构分布，获得具有优异力学性能的各种规格板材。但是，现有商业镁合金板材，如AZ31，在轧制过程中会形成强烈的基面织构和组织性能的各向异性，这些特征是引起其后续二次塑性加工过程中流变应力高以及塑性流动稳定性差等缺点，无法在室温和低温进行二次塑性加工成形的主要原因；而且，由于各向异性引起镁合金板材强度和塑性强烈的拉压不对称性会导致其室温和低温弯曲过程中压缩一侧产生裂纹，使成形的零件报废。研究表明，基面织构较弱的镁合金板材在中、低温条件下具有高 的应变硬化速率（指数），从而能够保证塑性流动的稳定性来获得较高的塑性。因此，可以通过优化板材的织构来提高镁合金的成形性能，织构中基面织构组分越弱，板材的可成形温度越低，成形性能越好。 

镁合金的织构弱化与第二相、固溶原子、晶格常数变化等有关，其中固溶原子是影响织构的关键因素。向镁合金中添加少量稀土元素，会导致变形过程中的动态再结晶晶粒取向随机化，形成非基面织构。这种微量稀土合金化调控织构对开发高塑性的镁合金板材具有积极的意义。根据镁合金的相平衡热力学原理和相图，设想通过添加稀土元素如Y、Nd、Gd等，获得含有细小的第二相颗粒的组织，通过轧制后退火，形成具有弱基面织构的镁合金板材，降低板材的各向异性、高的应变硬化指数、拉压不对称性以及保证二次加工过程中塑性流动的稳定性，提高板材的塑性及二次成形性能。 

所以，根据稀土元素对镁合金组织、织构和性能的影响规律，通过镁稀土合金进行成分设计和优化，采用传统的热轧制工艺和热处理工艺等技术来细化晶粒、获得均匀组织并调控织构，制备出低各向异性和弱织构、高应变硬化指数的具有高塑性的镁合金板材，是目前镁合金材料领域的研发重点之一。 

轧辊加热技术是未来镁合金板材工业化连续轧制的重要技术，通过轧辊加热可以保证轧制过程中坯料的温度，实现多道次的连续轧制，减小退火次数，提高生产效率。研究表明轧辊的加热温度处于25-400℃对本发明专利中板材的最终组织、织构和力学性能的影响很小，可以保证本发明中材料的特点。 

因此，本发明申请希望利用稀土元素在镁合金中的独特作用，通过普通轧制工艺和热处理工艺，制备一种在室温下具有非基面织构、高延展性的镁合金板材。Al和Zn元素是镁合金中的主要合金化元素，但是由于Al与稀土的结合力强，容易形成Al-RE相，使基体中的固溶稀土原子含量降低，织构调控效果不明显；因此，选用Zn元素作为除稀土外的第二个合金元素。Mn是镁合金中常用的微量元素，不仅可以提高合金的耐腐蚀性，而且会抑制在结晶晶粒的长大，并且不会影响到织构调控效果，因此，合金中需添加适量Mn元素。