一种抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，涉及镁合金加工成形领域。具体方法针对厚度为5~10mm，宽度为500~1500mm的镁合金板材，冷轧前，在板材头尾端沿轧制方向均匀施加一定的拉伸应力作为预应力，在保持预应力的同时对板材边部进行磨削并急速冷却，待加工完成后去除预应力，使板材边部表层形成一定厚比淬硬层，并在边部获得残余压应力，随后完成多道次冷轧工序。经过预应力磨削，镁合金板材边部表层会形成一定厚比的淬硬层，该部位金属协调变形能力提高，同时在边部获得一定形式残余压应力，很大程度上抵消后续冷轧变形时边部所受的拉应力，从而有效抑制边裂的萌生和扩展。本发明专利技术具有工艺流程短，执行成本低廉等优点，可抑制镁合金板材轧制过程中的边裂缺陷，解决宽幅镁合金板材规格受限、幅宽难保证的生产难题，并且有效保证了镁合金板材的力学性能、表面质量和成形精度，板材成材率显著提高。率显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法


[0001]本专利技术属于镁合金加工成形领域，具体涉及一种抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法。

技术介绍

[0002]航空航天、轨道交通、新能源汽车等领域装备构件的轻量化制造需求越发紧急和迫切。宽幅板材是镁合金应用最具战略意义的标志，也是高技术含量、高附加值的大宗产品，在厢体盖板、覆盖件等壁板构件减重上应用前景广阔。轧制制备板材可突破宽度和长度限制，具有生产率高、经济性好、应用基础广泛等优势，在宽幅镁合金板材连续化、批量化生产方面极具应用潜力。边裂是镁合金轧制板材较显著的缺陷，其宽向深度直接决定了后续精整工艺的切边量，不仅影响最终板材的成材率，更是成品板材幅宽受限的主要原因。通过分析轧制变形区应力分布状态可知，变形区内宽向中部金属受三向不均压应力，而边部金属则受两向压应力和一向拉应力（沿轧向），当拉应力的数值达到镁合金断裂强度时，拉应力引起的不均匀变形就会萌生边缘裂纹，随后在宽向不均匀温度和不均匀变形的交互作用下，裂纹沿宽向会形成一定深度的扩展。由此可见，边裂缺陷与镁合金轧制变形区应力分布状态直接相关，通过改变边部的受力状态、降低拉应力附加影响以及提高边部金属的协调变形能力，是抑制宽幅镁合金板材轧制过程中边裂萌生和扩展的重要途径。
[0003]目前，通过改善镁合金板材边部受力状态以抑制轧制边裂的方法主要有：边部立辊预轧制、边部横辊预轧制、边部机加工预制凸度等，但由于上述方法或技术方案复杂、技术特征冗长、或需要额外昂贵的设备投入、或产生显著的横向组织不均匀缺陷等，均难以推广应用。本专利技术提出一种可有效抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，通过预应力磨削板材边部在其表层形成一定厚比淬硬层，提高该部位金属的协调变形能力，并在边部获得一定形式残余压应力，很大程度上抵消轧制变形时边部所受的拉应力，从而有效抑制边裂的萌生和扩展，提高成品板材幅宽和成材率，对抑制镁合金板材轧制过程中的边裂缺陷，解决宽幅镁合金板材规格受限、幅宽难保证的生产难题，提高产品质量具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对厚度为5~10mm，宽度为500~1500mm的宽幅镁合金板材在轧制变形时因边部受拉应力影响导致边裂严重而无法保证幅宽的问题，本专利技术提供一种可有效抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，冷轧前可在板材边部表层形成一定厚比淬硬层，改善边部金属的协调变形能力，并在边部获得一定形式残余压应力，在轧制变形时很大程度抵消边部所受拉应力，从而有效抑制边裂的萌生和扩展，解决宽幅镁合金板材规格受限、幅宽难保证的生产难题，提高产品质量。
[0005]为实现上述目的，首先对厚度 为5~10mm，宽度为500~1500mm的宽幅镁合金板材进行预应力磨削，如图1所示，板材冷轧前，在板材头尾端沿轧制方向均匀施加一定的拉
伸应力作为预应力，在保持预应力的同时对板材边部进行磨削并急速冷却，待加工完成后去除预应力，使板材边部表层形成一定厚比的淬硬层，并在边部获得残余压应力，随后完成多道次冷轧工序。本专利技术提出的工艺路线如图2所示，明确给出了预应力加载、磨削条件、磨削用量以及多道次冷轧的工作辊温、压下量等参数范围。
[0006]具体方法为：（1）预应力加载：采用板材拉伸机在板材头尾端沿轧制方向均匀施加一定的拉伸应力作为预应力。考虑到当预应力过大时，板材表面会产生微裂纹甚至发生断带，而过小时，卸载后边部产生的残余压应力不显著，为此通过确定预应力的大小，式中，为镁合金的屈服强度。
[0007]（2）保持预应力加载的同时对板材边部进行磨削：板材磨削时会瞬时产生大量磨削热，板材变形温度迅速上升，促使边部尤其是其表层金属在轧制变形前发生动态再结晶，细化组织，提高边部金属协调变形能力。边部磨削方式采用平面单行程顺磨，磨削方向平行于后续轧制方向。由于镁合金硬度较低，通常在45HB75HB范围内，为使预应力磨削过程中镁合金磨屑及时从磨粒上脱落，避免堵塞磨粒空隙，影响磨削进程，采用硬度等级为J或K的棕刚玉磨料砂轮，综合考虑磨削热控制和磨屑容纳要求，砂轮采用陶瓷结合剂黏合，粒度号为46，组织号为5。磨削速度直接影响磨削产热，进而决定了加工表面的瞬时温升程度，而保证瞬时温升在480~600℃，才能经急速冷却后获得良好的淬硬效果。为稳定磨削过程、保证淬硬效果和表面加工精度。砂轮进给速度为1.5~1.8m/min，砂轮线速度则根据镁合金硬度来调整，当45HB60HB时，=1180~1320m/min，当60HB75HB时，=1020~1180m/min。考虑到实际轧制生产时500~1500mm宽的镁合金板材单侧边裂缺陷的宽向深度通常在30~85mm范围内，为覆盖边裂风险区域，获得显著抑制效果，单侧磨削宽度为 38~100mm，与初始板宽正相关，由确定。磨削深度直接决定了磨削加工后表层淬硬厚比，并直接影响表面加工精度。此外，由于边部磨削会在板材宽向产生厚度差，导致后续轧制变形时沿宽向变形量分布不等，从而产生组织性能差异，因此磨削深度不宜过大。为此，针对5~10mm厚镁合金板材，单面磨削深度为0.105~0.195mm，由确定。
[0008]（3）预应力磨削加工时急速冷却：高速磨削会产生大量磨削热，在急速冷却后表层会形成一定厚比的金属淬硬层，镁合金的淬硬层表现为组织细化、再结晶较充分，具有良好的协调变形能力。为得到边部淬硬层，并防止表面金属在持续高温下发生氧化，在磨削时使用大量的油基冷却液，冷却速率可达60℃/s，获得的淬硬层厚比为11.6%~12.8%。镁合金材料自身导热性较好，边部产生的磨削热会向宽向内部金属传导，导致边部相邻部位升温，为此冷却液的润湿宽度需覆盖单侧磨削宽度，并由确定，当为 38~100mm时，取值范围为48~125mm。
[0009]（4）预应力磨削加工后去除预应力：在边部，受表面淬硬层影响，预应力去除后，厚度方向产生不均匀回弹，表现为中心层回弹量大于表层，从而形成残余压应力，其大小取决于预应力加载。考虑到轧制变形时边部所受拉应力与压下量相关，为很大程度抵消拉应力，边部残余压应力大小为23~52MPa，依据后续首道次压下量调整，压下量越大，所需越大，从而有效抑制轧制边裂，提高成品板材幅宽。
[0010]（5）多道次冷轧：镁合金为密排六方晶体结构，室温变形能力差，在加热状态下能够得到明显改善。但预应力磨削后板材边部获得残余压应力，加热板材会消除此形式内
应力。为此，板材后续多道次轧制工序采用冷板、热辊条件，工作辊温度保持在250~300℃，以实现温度补偿，保证镁合金变形性能。由于轧前板材经预应力磨削后，边部金属的协调变形能力有所改善，故而首道次可施加较大轧制压下量，压下量为35%~45%，以充分细化变形组织，提高厚向组织均匀性。为进一步保证成品板材幅宽和厚度精度，后续则采用多道次小压下轧至目标厚度，压下量为10%~15%。
[0011]本专利技术的优点及积极效果：采用本专利技术的抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，轧前镁合金板材边部经预应力磨削后，一方面，在边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，其特征在于，该方法针对厚度为5~10mm，宽度为500~1500mm的镁合金板材在轧制过程中因产生边裂而无法保证幅宽的问题，提出一种可有效抑制边裂的预应力磨削冷轧方法，具体方法为：镁合金板材冷轧前，在板材头尾端沿轧制方向均匀施加一定的拉伸应力作为预应力，在保持预应力的同时对板材边部进行磨削并急速冷却，待磨削完成后去除预应力，使板材边部表层形成一定厚比淬硬层，并在边部获得残余压应力，随后完成多道次冷轧工序。2.如权利要求1中所述的抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，其特征在于，所述预应力磨削过程中，预应力通过板材拉伸机来均匀施加，预应力的大小由确定，式中，为镁合金的屈服强度。3.如权利要求1中所述的抑制宽幅镁合金板材边裂的预应力磨削冷轧方法，其特征在于，所述预应力磨削过程中，边部磨削方式为平面单行程顺磨，磨削方向平行于后续轧制方向，采用硬度等级为J或K、粒度号为46、组织号为5的棕刚玉磨粒陶瓷结合剂砂轮，磨削过程中砂轮线速度为1020~1320m/min，砂轮进给速度为1.5~1..8m/min，单面磨削深度为0.105~0.195mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾伟涛，赵瑞，马立峰，支晨琛，朱艳春，马自勇，蔡志辉，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：