重庆科技学院
毕业设计（论文）开题报告
题目 高强镁合金板的轧制工艺和组织
演变研究
院 (系) 冶金与材料工程学院 专业班级 材料成型及控制工程 学生姓名 钱申申 学号 2010440593 指导教师 戴庆伟
2014年3月5日
开题报告填写要求
1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后2周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。
2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辞典、手册）。
4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少2000字，其余内容至少1000字。
毕业设计(论文)开题报告 1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析 1.1本课题的目的与意义 金属镁及其合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，常用镁合金的密度通常介于1.4g・cm-3和1.9g・cm-3之间，分别为铝合金和钢铁的2/3和1/4[1~3]。与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，并被称之为21世纪的绿色工程材料。但目前镁合金板材的应用仍然受到很大．其产量和用量均远不及钢铁及铝．铜等有色金属。制约镁合金板材发展的因素主要有两个：①大部分镁合金的室温塑性变形能力较差，且轧制板材中存在严重的各向异性；②镁合金板材制备工艺不够成熟，力学性能尚需进一步提高。镁合金板材一般采用轧制方法生产．因此了解镁合金轧制工艺流程、阐明轧制过程中组织性能的变化规律，对促进镁合金板材轧制技术的发展是十分必要的 随着很多金属矿产资源的日益枯竭，镁以其资源丰富而日益受到重视，特别是结构轻量化技术及环保问题的需求更加刺激了镁工业的发展。目前，镁及镁合金材料的研究已成为世界性的热点.因此，探索和发展镁合金的塑性加工特性，研究适合于镁合金的塑性成形工艺具有非常重要的工程价值和学术意义。 1.2 国内外研究现状分析 镁合金是目前新兴的商用金属结构材料,具有比强度高、比刚度高、减震性能好、电磁屏蔽能力强、机加工性能良好等优点,被广泛应用于国防军工、汽车和航空航天等领域中。Zn、Mn是镁合金中广泛使用的合金化元素,能够提高镁合金的耐蚀性能和力学性能。一般情况下,Mg-Zn系合金较Mg-Al系合金的屈服强度高,承载能力好,特别适合用在强度要求较高的金属结构零件上。在Mg-Zn系合金中,一般认为,当Zn<6%时,随着Zn含量的增加,抗拉强度和屈服强度提高,伸长率降低。Mg-Zn-Mn系ZM61(Mg-6wt%Zn-1wt%Mn)就是一种以高锌成分为基础、以高强度为设计目标的新型变形镁合金,而且该合金不含稀土元素,制作简单,价格低廉,推广应用前景较好。但是镁合金是密排六方结构,在室温下很难和铝合金一样进行冷加工,通常情况下需要在再结晶温度以上进行变形,因此研究镁合金的热变形行为以优化变形温度、变形速率和变形程度等工艺参数具有重要的工程意义。 1808年英国的Sir Humphrey Davy首先发明了用金属钾蒸汽还原氧化镁而制得金属镁的方法。1863 年法国的Deville 和Caron 发明了用钠还原无水氯化镁及氟化钙的混合物制镁，由此揭开了工业上大规模制造金属镁的序幕，并随着电解无水氯化镁制镁工艺的产生而得到了迅速发展。1986年，德国首先将镁合金用于飞机制造业。美国的第一钾镁生产厂由美国通用电器公司于1914年建立，并在二次世界大战期间由于镁燃烧弹的大量需求而得到了迅速发展[4]。1944年世界镁合金的消耗量达到228，000吨，但战后又降低到每年10，000吨的水平。直到1998年，随着镁的研究和应用水平的提高，其年消耗量才提高到360，000吨，此后以每年7%~9%的速度递增[5]。我国自20 世纪90 年代
初开始出口原金属镁，2001年出口量达到20万吨，占世界镁市场总需求量的40%以上。 我国是世界上镁储量最为丰富的国家，近年来也是原镁产量最大的国家之一。但我国在镁工业发展方面还存在很多问题，主要是原镁生产厂家多，规模小而分散，技术比较落后，产品质量不够稳定；出口产品大多是初级原料，价格低、利润低、效益很差；高性能镁合金及高质量镁合金产品的研制水平远远落后于国外许多国家，在很多领域仍是空白，难以满足日益增长的需求；缺少先进的制备及加工技术；应用研究发展得还不够。 在迫切要求减少资源和能源的消耗以减少污染保护环境的今天，镁合金以其独特的优异性能，以及其价格的下降和资源的丰富，越来越受到人们的青睐，其应用领域不断扩大，世界镁及镁合金的消费量呈不断增长的趋势。我国镁储量居世界首位，原镁生产量占全球1/3，出口占世界年产量的80%以上，但是我国并非镁工业强国，镁工业还处于起步阶段，原镁生产规模小而散，技术比较落后，质量不够稳定，另一方面出口产品绝大多数是廉价的初级原料，高性能镁合金及高质量镁合金产品的研制水平远远落后于国外许多国家，缺少先进的制备及加工技术，应用研究发展得还不够，镁加工技术等也还存在很多问题。发达国家已经领导了世纪镁材料发展的新潮流，而我国在镁合金的研究和开发方面还十分薄弱。 镁合金常规轧制方法 （1） 热轧 镁合金热轧板材的组织主要由孪晶、切变带等变形组织及细小的动态再结晶晶粒组成。动态再结晶是其主要的细化机制。热轧过程中，温度、变形量、变形速率等因素将会影响组织形态与再结晶的发生。具体为：高温促进位错滑移，增加形核率，可提高再结晶组织的比例；高应变速率使位错急剧堆积，应力集中得不到释放，抑制动态再结晶的形核；大变形量增加位错密度，促进再结晶形核。如大应变轧制（large strain rolling）就采用了大变形量来获得更多的细化组织，其晶粒尺寸可达到2μm～3 μm。热轧板材中孪晶等变形组织经过退火后将发生静态再结晶或回复，转化为更多的等轴晶。研究表明，热轧过程中镁合金将形成强基面织构，基本特征为基面平行于轧面。这种织构由塑性变形过程中基面滑移、锥面滑移共同造成的，一般随着轧制道次的增多和板材厚度的减薄，织构将逐渐增强，当板材轧制到薄板时，形成较强的基面织构。经研究发现，热轧时采用大应变可以降低织构强度， （2）冷轧 热轧除变形量大，工艺简单，利于工业化大生产的优点外，也存在着一些不足，如温度过高不利于控制板形和表面光洁度，力学性能较低等。而应用冷轧工艺可以有效克服上述不足，通过控制变形量和退火，可得到尺寸精
度高、力学性能好的薄板。 镁合金冷轧板材组织中主要为粗大的晶粒，且晶粒内部有大量孪晶。这是因为室温下镁合金可开动的滑移系少，要依靠孪生，主要是锥面孪生才能发生变形。冷轧细织的细化主要通过退火静态再结晶来完成。退火时，再结晶晶粒在原始晶粒边界形核长大，取代粗大的原始晶粒，得到细小再结晶组织。镁合金冷轧后板材具有较高强度，但伸长率较低，通过适当退火，也可提高冷轧板材的塑性。 镁合金特别轧制方法 （1） 降温轧制 镁合金板材冷轧、热轧时多采用恒定的温度，杨平等人利用道次间温度的下降，结合退火，进行了降温轧制。轧制过程中，首阶段温度较高，退火次数少且时间短，采用大压下量降低板材厚度。随着轧制的进行，板材温度下降，采用较小的压下量，延长退火时间，利用静态再结晶和回复细化组织。经试验，通过该种轧制方法可以制成0.3 mm厚度的薄板，且平均晶粒尺寸可达到7μm。 降温轧制开始阶段由于温度较高，加之具有较大的变形量，因而组织中主要发生动态再结晶，生成了大量等轴小晶粒，尺寸约4μm随着轧制温度的下降，动态再结晶组织成分开始减少，孪晶及切变带开始增多，其中切变带起到了细化组织的作用：切变带内含有大量细小（亚）晶粒，其尺寸不到1μm。这些组织在退火后可长大为较均匀的细小再结晶组织，再进行轧制又能形成扩展的切变带。反复轧制、退火可形成较大范围的切变带区，最终退火后形成大范围细晶区。退火使组织发生静态再结晶及晶粒回复，消除了缺陷和变形组织，使组织更加均匀。 降温轧制由于一直处于热轧、温轧范围内（400℃～160℃），高于室温，因此织构并未出现冷轧时绕TD倾转的双峰基面织构形状。如图4所示，轧制后及退火后均为强基面织构，与其他热轧镁合金强基面织构相似。 图4各道次轧制及退火后的织构 （2）交叉轧制
普通单向轧制生产的板材常具有较强的基面织构，各向异性强。为使板材各方向性能均匀，Yasumasa Chino[、张青来等研究了交叉轧制的轧制方法，大大降低了基面织构，减轻了材料的各向异性，可很好的改善板材的冲压性能。 交叉轧制在轧制过程中将改变轧制方向（改变90°）。轧制中可以每道次后都改变轧向，也可以保持一个方向轧制多道次后再变向轧制。通过研究发现，温度较高时，交叉轧制后板材也发生动态再结晶，得到大量等轴晶，晶粒大小与普通单向热轧结果没有太大的差别，甚至略大，见图5a、b。另一方面温度较低些时，组织中存在着大量孪晶、亚结构和位错等微观细小组织。这些组织使得轧制zm61镁合金在高应变速率下获得良好的塑性变形，同时退火后将成为细化的等轴晶。与单向轧制相比，交叉轧制组织具有更好的均匀性和等轴性，即晶粒大小较均匀，多为等轴晶，这种组织能使深冲压加工的应力和应变分布均匀，有利于提高板材的塑性变形和深冲性能。 （3）不对称轧制 S H Lee，K H Kim等曾针对铁、铝等材料进行过不对称轧制研究，获得了较好的结果。S H Kim将其原理应用于镁合金板材的轧制，通过分析发现不对称轧制可以有效地细化晶粒，得到较弱的基面织构，且其基面织构具有强度沿板材厚度逐级下降的特点。 不对称轧制采用上下轧辊直径不同的轧机，轧制时轧辊角速度相同而线速度不同，板材不同厚度部位受到不同切应力切应变。 2.4 累积叠轧 1998年～1999年Y Saito，N Tsuji等人利用累积叠轧的方法针对铝、铁等合金进行了研究。M T Pérez—Prado[随后于2005年将其应用于镁合金AZ31、AZ91、AZ61，并且研究了材料的力学性能。累积叠轧作为大应变轧制(1arge strain rolling)中的一种，在细化晶粒的同时，还可以有效调节板材的厚度，使板材厚度增厚、减薄或保持不变。
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毕业设计(论文)开题报告 2.本课题的任务、重点内容、实现途径 2.1本设计的任务： 1）培养查阅和运用文献资料的能力； 2）巩固所学知识锻炼自主动手实验能力； 3)了解zm61镁合金板各种轧制方式的优缺点，确定某一种轧制方式；经过轧制后，进行镁板的组织研究，对各个阶段的镁板进行细致的观察，分析轧制工艺对镁板各个阶段的组织影响。镁板轧制完成过后，经过退火热处理之后，了解每个阶段的组织形态。 2.2本设计的重点内容 1）对国内外镁合金板生产和研究进行概述，包括牌号、轧制工艺和轧制方式、镁板组织和性能等； 2）根据所学知识和文献资料，制订zm61镁合金板材的轧制工艺； 3）实验材料的成分分析； 4）轧制实验过程中，对每个轧制工艺阶段zm61镁合金板的组织、力学性能、表面质量等的分析； 5）分析每个工艺阶段和对应组织的影响关系； 6）轧制后，退火热处理工艺对镁板组织性能的影响。 2.3本设计的实现途径 查阅资料，设计工艺 1）分析原始样品的组织。选择合适的镁板样品，制作成尺寸底面为50mmx20高5mm的长方柱体。其中，试样横截面和纵截面主要用于研究。接下来制样，包括粗磨、细磨、抛光、腐蚀，然后在金相显微镜下观察试样的组织。 2）对试样进行轧制，采用相同的压下率，来回将试样轧制；采用相同的轧制温度，来回轧制几次试样；采用相同的初始轧制宽度，来回轧制几次金属试样；采用相同的轧制路径，轧制几次试样。对各种不同方式轧制后的试样进行显微镜拍照，分析各个方式的相同点与不同点，对比分析各种轧制方式的金相形状和组织性能等。 3）将各种轧制方式轧制后的成品经过打磨、抛光、腐蚀放到金相显微镜下进行观察，观察各种轧件的组织形态，分析与试样形态的差别，得出组织性能的变化情况。 4）根据试验结果分析的出试验结论，编写论文。
毕业设计(论文)开题报告 指导教师意见：（对本课题的深度、广度及工作量的意见、对设计结果的预测，并明确是否可以开题） 指导教师（签字）
年 月 日 系审查意见： 系主任（签字） 年 月 日
