Fe-6.5%Si钢与AZ31镁合金热辊轧制工艺及组织研究

作     者：杜永霞 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梅瑞斌

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：热辊轧制 Fe-6.5%Si钢 AZ31镁合金 本构方程 晶粒细化 

摘      要：硅钢、钛合金、镁合金、高强钢等金属带材在航空航天、电子器件、医疗器械、化工等领域应用广泛,由于该类合金在常温下变形抗力大、加工硬化严重及塑性成形困难等问题制约了带材的轧制工艺参数控制和产品深度研究应用。对轧辊进行预热从而保持变形温度是提高该类合金带材轧制过程塑性能力的重要因素。本文以典型难变形合金Fe-6.5%Si及AZ31镁合金为研究对象,利用热模拟实验、热辊轧制实验及组织性能测试等手段研究探索其较宽变形温度范围内变形机制和组织演变规律。主要研究内容及结论如下:1.开展了 Fe-6.5%Si钢在变形温度为300℃～600℃,应变速率为0.05 s-1～5 s-1条件下的单道次压缩实验。显著的加工硬化作用使流变应力随着变形量的增加和温度的降低而增大。达到峰值后,加工硬化速率接近于软化速率,流变应力进入平稳状态。基于常用的冷变形本构关系描述方程,引入变形温度和应变速率描述材料系数,通过非线性回归和线性拟合得到Fe-6.5%Si钢的硬化阶段本构方程,为:σ=(2674.54-2.06T)·ε0.07541ε-0.021exp(711/T)2.研究了 Fe-6.5%Si钢变形温度为800℃～1100℃,应变速率为0.01 s-1～1 s-1条件下的应力应变曲线,高温条件下材料发生了显著动态再结晶,流变应力峰值随着应变速率的增加和变形温度的降低显著升高。利用Arrhenius方程推导出Fe-6.5%Si高硅钢峰值应力本构关系,在流变应力达到峰值时,材料结构因子A为2.16 ×10-14s-1,应力水平因子α为0.013591 MPa-1,应力指数n为2.495333和变形激活能Q为342.199 KJ/mol。3.在轧辊预热300℃条件下,开展了 Fe-6.5%Si钢300℃～700℃的温轧及轧后退火工艺实验。Fe-6.5%Si钢温轧后组织晶粒变化明显,随着带材温度的升高,组织由孪晶转变为再结晶组织,继续升高温度,再结晶晶粒长大。轧后退火组织中孪晶消失,晶粒尺寸随着带材轧制温度升高变大。由于Fe-6.5%Si合金变形抗力大,导热性差、导致热辊温轧单道次压下率受到限制。4.在常规轧制工艺条件下,带材出炉后温降过快,使AZ31镁合金带材轧制过程中产生了大量孪晶,轧制一道次+退火后组织为均匀分布的静态再结晶晶粒。随着轧制道次增加,由于温度和变形不均匀性使多道次轧制+退火后组织中出现不完整晶粒,大晶粒间夹杂着细小的再结晶晶粒且晶粒内部存在孪晶,道次间退火使再结晶晶粒产生了显著长大,不利于多道次变形过程晶粒细化效率。5.为抑制带材温降带来的变形不均和晶粒细化效果弱化问题,基于感应加热技术实现了轧辊轧制过程轧辊加热技术,研究了不同辊面温度和不同加热方式下对镁合金带材轧制过程组织演变规律,辊面温度降低时,镁合金内部发生了孪生,当辊面温度升高到250℃以上时,发生了显著的动态再结晶,随着温度继续升高,动态再结晶更为充分。当轧辊温度为300℃时,组织发生了充分的动态再结晶,带材组织为细小等轴晶,晶粒平均尺寸约为1 μm～2μm,晶粒细化十分明显,且组织分布均匀,热辊轧制常温镁合金带材不仅能够实现单道次大压下量,且能够有效细化晶粒。