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,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。

不锈钢/碳钢复合板纵波轧制搓轧变形机理

不锈钢/碳钢复合板既发挥了不锈钢的强耐腐蚀性、高耐磨性、高耐热性和高磁性,又结合了碳钢的易焊接性、高导热性和易延展性等优势。然而,不锈钢/碳钢复合板较低的结合强度严重限制了其广泛的应用。提出采用纵波轧制(LCR)制备不锈钢/碳钢复合板的工艺,从试验和有限元模拟2个方面研究了变形过程中搓轧区对复合板结合强度的影响,并与平辊轧制(FR)工艺进行对比。结果表明,LCR复合板在波峰和波谷处的拉剪强度分别为315.94 MPa和329.48 MPa, FR复合板的拉剪强度为277.77 MPa。波峰和波谷处的拉剪强度较FR复合板分别提升了13.7%和18.6%。通过对拉剪断裂面进行元素扫描分析发现,LCR复合板波峰和波谷的断裂位置处于Q235B基体中,FR复合板的断裂位置在结合界面上。LCR复合板的拉伸强度和断后伸长率均优于FR复合板。利用有限元模拟获得LCR和FR变形区复合板的应力状态分布,LCR变形区中部分金属处于两向压应力和一向拉应力状态,应力状态更接近纯剪状态,LCR复合板在轧制过程中受到拉应力和强烈的剪应力共同作用。与FR变形区不同,LCR变形区由于波纹辊型的影响,在轧制方向和宽度方向上均存在搓轧区。搓轧区增强不同金属之间的剪切作用,有利于金属表面氧化层和硬化层的破碎,从而促进2种金属的相互结合,提高复合板的结合强度。

AZ31B镁合金板材纵波与平辊轧制宏观织构演变

为探究纵波轧制(LR)对AZ31B镁合金板材基面织构的影响,对AZ31B镁合金板材进行400℃/20min和450℃/20 min热处理以及振幅0.35 mm,周期4 mm的纵波波纹辊和平辊轧制。采用XRD对热处理及轧制后的板材进行宏观织构表征,运用极图及ODF对织构演变进行了分析,同时对金属在轧制变形区的变形行为进行了仿真分析。结果表明:板材热处理后,400℃下的{0002}极图中极密度最大值由11.21降到8.41,450℃下降到7.08,450℃下热处理后的织构强度弱于400℃;LR后板材的基面织构显著弱化,大量晶粒向RD、TD方向发生了偏转,其中向RD方向最多偏转30°,向TD方向最多偏转40°,400℃下的{0002}峰值织构强度降到4.33,450℃下降到5.62,400℃下LR的织构弱化效果比450℃更明显;二道次轧制后的板材,450℃下的基面织构强度要弱于400℃。分析表明:LR使得晶粒的c轴取向由ND向TD、RD方向发生了偏转,这是由于LR过程中存在类似于异步轧制过程中的“搓轧区”,其中产生的剪切力使晶粒沿RD方向发生偏转,弯曲和挤压复合变形下金属流动和剪切促进晶粒TD取向。

AZ31B镁合金板材波-平与平-平轧制微观取向研究

为探究纵波轧制(longitudinal wave rolling,LR)对AZ31B镁合金微观取向的影响,对AZ31B镁合金板材400℃/20 min和450℃/20 min热处理后,利用振幅0.35 mm,周期4 mm的纵波波纹轧辊和平轧辊进行了波-平和平-平二道次轧制。借助EBSD分析了轧制后板材波谷、波腰及波峰处的晶粒度及取向。结果表明:板材热处理后,基面织构强度和平均晶粒尺寸均降低,其中450℃/20 min热处理后基面织构强度下降显著,但其平均晶粒尺寸增加;400℃/20 min+LR后板材的平均晶粒尺寸显著降低,波峰和波谷处的基面织构强度较热处理试样增强,波腰基面织构强度几乎不变,然而因波峰和波谷大量晶粒分别沿RD的相反方向发生了偏转,故整体宏观织构强度显著降低;二道次轧制后,400℃/20 min+纵波-平辊轧制(longitudinal wave rolling+flat rolling,LFR)后波峰和波谷处的基面织构强度较400℃/20 min+LR后对应位置显著降低,而波腰强度显著增强,同时各处平均晶粒尺寸进一步降低。400℃/20 min+平辊-平辊轧制(flat rolling+flat rolling,FFR)后相比400℃/20 min+LFR,其基面织构强度弱于波腰而强于波峰和波谷处。故400℃下LFR后板材与FFR后板材的整体基面织构强度接近。450℃/20 min+FFR后板材相比400℃/20 min+FFR后板材,其基面织构强度显著降低,{0001}<1120>类型织构占比更低,同时平均晶粒尺寸增大。