[發明專利]一種鎂合金板坯超聲鑄軋方法

有效

• 申請號: 201610202213.1
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105728462B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 翁文憑;李一;周一水;陸煬;周巍;盛敏奇;許繼芳
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B21B1/46
• 分類號: B21B1/46;B22D11/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 李明

技術領域

本發明屬于有色金屬加工領域，具體涉及一種鎂合金板坯超聲鑄軋方法。

背景技術

鎂合金具有密度輕、比強度和比剛度高、電磁屏蔽和阻尼性能好等優點，在軍事與民用領域都具有良好的應用前景，高性能鎂合金板材日益受到制造領域的重視。然而，鎂合金為密排六方晶體結構，其對稱性低，室溫下可啟動的滑移系少，變形加工困難，傳統鎂合金板材制備工藝較復雜，加工成本居高不下。雙輥鑄軋技術具有短流程、低能耗和高效率的優勢，可顯著降低鎂合金板材加工成本，在鎂合金板材加工領域具有良好的應用前景。

近年來，研發人員發現鎂合金鑄軋過程中α-Mg枝晶在生長的同時向鄰近液相排出Al、Zn等溶質元素，造成溶質在枝晶間未凝固的液相中富集，在枝晶間形成初晶α-Mg和不規則的塊狀Mg₁₇(Al，Zn)₁₂相組成的離異共晶，鑄坯組織沿著傳熱方向形成發達胞狀晶。此外，熔體凝固過程中溶質元素排擠至鑄坯中心部位，極易形成中心線偏析，不利于后續軋制。鎂合金鑄軋板坯存在的組織粗大和成分偏析等問題，必然會限制鎂合金鑄軋板坯后續加工性能。

超聲外場對金屬凝固組織有顯著的有益影響，在鎂合金鑄軋過程中施加超聲外場，可利用聲空化和聲流效益，促進形核細化晶粒，并改善溶質分布均勻性，提高鎂合金鑄軋板坯組織與成分均勻性。目前鎂合金超聲鑄軋制備方法中，超聲施加位置多放置于前箱與鑄嘴熔體流經位置，距離合金熔化液凝固前沿有還有一段距離，超聲波到達凝固前沿時，已經大幅衰減，難以充分發揮超聲外場對鎂合金鑄軋板坯凝固組織改善的功效。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種鎂合金板坯超聲鑄軋方法，改變傳統超聲鑄軋中超聲探頭施加位置，將其直接施加在鑄軋區凝固前沿位置，有效利用超聲外場聲空化和聲流效益，顯著改善鎂合金鑄軋板坯組織結構與成分分布，改善板坯冶金質量，并提高成品鎂合金板材的力學性能。

本發明目的通過以下技術方案來實現：

鎂合金板坯超聲鑄軋方法，其包括如下步驟：合金熔煉、熔體輸送、鑄軋立板、超聲振動和板坯卷取，其特征在于：鑄軋過程中采用空心軋輥，將超聲探頭設置在軋輥內，并且位于軋輥靠近熔體輸送側，以在熔體凝固前沿施加超聲外場。

進一步的，超聲探頭施加在軋輥內壁，軋輥為環狀軋輥。

進一步的，超聲波發生裝置功率范圍在2-8kW，頻率25±0.5kHZ。

進一步的，超聲探頭數量根據軋輥直徑與鑄軋速度進行匹配設置，超聲探頭數量范圍為2-6個，上下軋輥對稱設置。

進一步的，軋輥直徑范圍300-800mm，鑄軋速度范圍1-3m/min。

進一步的，在鑄軋時應匹配鑄軋速度，隨時開啟進入鑄軋區凝固前沿范圍內的兩個超聲波探頭，輸入超聲波；在超聲探頭隨軋輥旋轉遠離鑄軋區凝固前沿范圍時，及時切除超聲波輸入。

進一步的，軋輥采用熱風預熱與冷風冷卻方式，將高壓氣體介質直接噴吹在軋輥表面實現軋輥溫度控制。

進一步的，鑄軋板坯之前軋輥表面溫度預熱至150～300℃，鑄軋過程中軋輥表面溫度冷卻至250～350℃范圍內。

進一步的，預熱氣體由火焰燃燒提供熱源，冷卻氣體采用高壓氬氣、氮氣或二氧化碳作為冷卻軋輥風冷系統的氣源。

進一步的，該鑄軋方法能夠制備厚度3-8mm、寬度200-2000mm的鎂合金鑄坯。

通過上述技術手段，本發明具有以下積極效果：

(1)功率超聲施加位置在軋輥內壁，聲流與聲空化效應可直接作用于鑄軋凝固前沿，大大減少原有超聲鑄軋作用在前箱或鑄嘴位置而產生的聲波衰減；

(2)本發明功率超聲施加方式，可根據工藝調整超聲探頭施加位置和施加數量，以匹配鎂合金鑄軋多種合金牌號和鑄坯規格變化需求；

(3)超聲波探頭施加在鑄軋凝固前沿位置，可大幅減少超聲波傳播距離，充分發揮功率聲空化和聲流效益，達到細化晶粒、均勻成分分布的目的，提高鑄坯冶金質量；

(4)采用軋輥氣體預熱和冷卻系統，替代原軋輥預熱和冷卻裝置，可消除鑄軋過程中輥套破裂漏水而引起鎂合金熔體劇烈爆炸的隱患，提高工業生產安全性；此外風冷裝置冷卻強度相對水冷系統更低，鎂合金的密度低、比熱容小且凝固潛熱小，鑄坯凝固需要的冷卻強度遠低于其它合金，風冷系統的冷卻強度可與鎂合金材料熱物理性能良好匹配；

(5)軋輥去掉軋輥輥芯裝置，可減少軋輥預熱時無效熱量散失，在預熱時可提高預熱效率、高精度控制軋輥預熱溫度；同時鑄軋軋輥重量顯著降低，能夠降低工業鑄軋過程中的無效功率消耗，節約成本。