【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料加工，具体涉及为一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法。
技术介绍
1、镁合金由于具有较高的比强度和生物降解性，在汽车、航天和生物医学等领域有着广泛的应用，但强度低和塑性差限制了其应用。已经证实细化晶粒是同时促进塑性和强度的有限途径。挤压、轧制、冲压、锻造被生产实践证明是最高效的高质量、低成本的塑性加工生产技术。但由于镁合金的特殊性，要在传统的工艺上取得突破难度很高。由于镁及镁合金为密集六方体晶格（hcp结构），导致其不易进行压力加工和成型加工。
2、目前，对于镁合金棒材的生产，主要集中在挤压和轧制工艺。挤压主要是等通道转角挤压（epac）。轧制主要集中在三辊径向剪切轧制和槽型轧制。对于等通道转角挤压（epac）来言，申请号202210499075.3的专利“一种超细晶高强塑性镁合金及其制备方法”通过挤压和轧制工艺制备出超细晶镁合金棒材。但该工艺制备流程复杂，需要通过多次挤压和轧制才能实现组织细化。虽然制备出超细晶镁合金棒材，但该工艺所产生的纹理阻止基面上的位错滑移，可以改善镁的延展性，但是会抵消epac产生的晶粒细化强化效果。并且所制备的样品通常为短棒状样品，无法实现大尺寸超细晶镁合金的高效率连续制备。通过剧烈塑性变形技术制备的超细晶镁合金通常含有高密度位错等结构缺陷，这使得其塑性变形能力较差，无法满足工程上对材料强度和塑性的匹配需求。
3、轧制工艺主要是在材料表面进行严重剪切变形和金属致密化。申请号201810308821.x的专利“一种高性能镁合金棒材的制备方法”通过采用槽型
4、三辊径向剪切轧制技术可以获得细晶梯度组织。在这个轧制过程中，三个轧辊呈120°分布在轧制中心线周围，通过辊与棒材之间的摩擦力实现棒材的咬入和轧制，同时还能保证轧制中心线和棒材的轴线在同一位置，且三个轧辊轴线在空间上与轧制中心线存在角度关系，即咬入角和碾轧角。通过三辊径向剪切轧制技术，使得棒材表面产生足够的剪切应力，激活更多的独立滑移系。
5、但是，对于三辊径向剪切轧制镁合金棒材，由于镁合金室温塑性变形能力差，轧制过程中易出现裂纹等变形缺陷；轧制后的组织有强烈的基面织构，存在严重的各向异性，不利于后续加工。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中镁合金棒材在三辊径向剪切轧制中因室温塑性变形能力差，导致轧制中存在裂纹等变形问题和轧制后因组织有强烈的基面织构存在严重的各向异性而不利于后续加工的问题。为此，本专利技术创造性地从三辊斜轧的大剪切变形中引入波纹辊轧制局部强应力，使得镁合金棒材在轧制时获得更大的表层破碎和心部变形，由此得到理想的梯度结构镁合金棒材，并同时兼顾镁合金棒材的强度和塑性。基于此，本专利技术提供了一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，采用三辊斜轧机，在三辊斜轧机的平辊碾轧段添加波纹曲线，形成波纹轧辊，所使用的坯料为铸态az31镁合金棒材，其制备方法步骤如下：
3、s1、模拟轧制物理实验：采用abaqus有限元软件进行模拟计算，获得镁合金棒材宏观形变规律，开展轧制物理实验；
4、s2、轧制参数设置：根据s1中的轧制物理实验结果，对改造后的三辊斜轧机进行轧制参数设置，其中轧辊送进角γ设置为8~12°，碾轧角β设置为10~16°，轧辊转速设置为300~500r/min，调整喉径为60mm；
5、s3、棒材均匀化退火处理：在氩气环境下，采用箱式炉对铸态az31镁合金棒材进行均匀化退火处理，均匀化退火温度为520~540℃，退火保温时间为50~70分钟；
6、s4、棒材轧制前加热处理：在氩气环境下，采用箱式炉对s3处理后的退火态az31镁合金棒材加热至350~400℃，加热保温20~30分钟；
7、s5、三辊斜轧机轧制：对s4处理后的az31镁合金棒材送入s2中的三辊斜轧机进行轧制；
8、s6、轧制后扎件冷却：采用空冷法对s5轧制后的轧件进行冷却，获得梯度结构的镁合金棒材。
9、作为上述技术方案的进一步补充说明，在s1中，模拟轧制物理实验包括以下步骤：
10、s1.1、建立有限元模型：在abaqus有限元软件中，将三辊斜轧机的轧辊碾轧段的三个轧制平辊全部替换成波纹轧辊，其中波纹轧辊上的波纹曲线均为正弦曲线，三个波纹轧辊围绕轧制中心线呈120°分布，其中轧辊送进角γ为8°~12°，碾轧角β为10°~16°；
11、s1.2、模拟轧制：轧制坯料为退火态az31镁合金棒材，将热模拟压缩得到的材料参数输入abaqus有限元软件中，定义波纹轧辊与轧制棒材接触为刚—柔性接触，设置初始轧制温度350℃~400℃，轧辊转速300~500r/min，棒材进给速度10~15mm/s，轧辊温度为常温，棒材网格划分为c3d8r型网格单元，采用热力耦合显式动力学分析，对有限元模型进行模拟计算；
12、s1.3、轧制参数提取：从模拟轧制完成后的镁合金棒材中心到表面选取3个追踪点，3个追踪点的r/r分别为0.1、0.5及0.9，其中r表示轧制完成后的镁合金棒材的半径，r表示追踪点与轧制中心线之间的距离，提取3个追踪点的等效塑性应变、温度、剪切应力和剪切应变，获得镁合金棒材在波纹辊轧制过程中的演变规律；
13、s1.4、正交实验：保证其他轧制参数不变，通过分别设置波纹辊与平辊，模拟正交实验，对比铸态az31镁合金棒材分别在波纹辊轧制与平辊轧制过程中等效塑性应变、温度、剪切应力和剪切应变的分布差异。
14、作为上述技术方案的进一步补充说明，在s1.1中，所述波纹轧辊为在平辊碾轧段添加波纹曲线，添加的波纹曲线的周期长度t小于平辊碾轧段的宽度l，其波纹曲线为正弦曲线，且三个轧辊波纹曲线相同，并保证在平辊本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，采用三辊斜轧机，其特征在于：在三辊斜轧机的平辊碾轧段添加波纹曲线，形成波纹轧辊，所使用的坯料为铸态AZ31镁合金棒材，其制备方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，其特征在于：在S1中，模拟轧制物理实验包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，其特征在于：在S1.1中，所述波纹轧辊为在平辊碾轧段添加波纹曲线，添加的波纹曲线的周期长度T小于平辊碾轧段的宽度L，其波纹曲线为正弦曲线，且三个轧辊波纹曲线相同，并保证在平辊碾轧段添加波纹曲线的幅值A不超过平辊碾轧段的最大高度H。
4.根据权利要求1所述的一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，其特征在于：在S5中，S4处理后的AZ31镁合金棒材的半径压下率的范围为5%~8%。
5.根据权利要求2所述的一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，其特征在于：在S1.2中，退火态AZ31镁合金棒材的半径压下率的范围为5%~8%。
6.根据权利要求1至5任一项
...【技术特征摘要】
1.一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，采用三辊斜轧机，其特征在于：在三辊斜轧机的平辊碾轧段添加波纹曲线，形成波纹轧辊，所使用的坯料为铸态az31镁合金棒材，其制备方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，其特征在于：在s1中，模拟轧制物理实验包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种梯度结构的镁合金棒材波纹斜轧制备方法，其特征在于：在s1.1中，所述波纹轧辊为在平辊碾轧段添加波纹曲线，添加的波纹曲线的周期长度t小于平辊碾轧段的宽度l，其波纹曲线为正弦曲线，且三个轧辊波纹曲线相同，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘江林，赵林超，郑仁辉，梁建国，王治辉，赵晓冬，李银辉，高海峰，江连运，赵春江，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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