鎂合金是實際應用(yòng)中(zhōng)質(zhì)量最輕的金屬結構材料，同時，鎂合金具(jù)有(yǒu)比強度和比剛度高、彈性模量大、生物(wù)相容性好、導熱導電(diàn)性好、電(diàn)磁屏蔽能(néng)力強和阻尼減震性能(néng)好等優點，被廣泛應用(yòng)于航空航天、交通運輸、國(guó)防軍工(gōng)、裝(zhuāng)備制造和3C電(diàn)子等領域，被譽為(wèi)“二十一世紀最具(jù)發展前景的綠色工(gōng)程材料”。

軋制是生産(chǎn)鎂合金闆材的主要方法之一，可(kě)靈活生産(chǎn)不同厚度和寬度的闆材。軋制是塑性成形方法中(zhōng)制備鎂合金闆材最經濟有(yǒu)效的方法，軋制過程可(kě)以細化晶粒，改善組織并顯著提高合金的力學(xué)性能(néng)，多(duō)年來已經發展了許多(duō)種軋制技(jì )術。然而，目前鎂合金闆材軋制技(jì )術還不成熟，軋後闆材各向異性高，沖壓成形性差，邊緣開裂嚴重，材料利用(yòng)率低，因此，需要通過研究鎂合金闆材的軋制方法來促進鎂合金發展。

鎂合金軋制方式有(yǒu)哪些？

軋制方式可(kě)分(fēn)為(wèi)常規軋制和特殊軋制。常規軋制分(fēn)為(wèi)：傳統軋制、熱擠壓軋制和雙輥連續鑄軋；特殊軋制主要有(yǒu)：異步軋制、交叉軋制、大應變軋制、電(diàn)脈沖軋制等。

一、常規軋制（NR）

1.1傳統軋制

傳統軋制是通過在軋機上熱軋和溫軋鎂合金鑄錠，有(yǒu)時也在最後采用(yòng)冷軋來制備鎂合金闆材的工(gōng)藝。

傳統的軋制方式可(kě)以細化鎂合金組織晶粒，能(néng)夠一定程度的使力學(xué)性能(néng)有(yǒu)所改善，但是它也存在着一些不足。因為(wèi)采用(yòng)的是多(duō)道次小(xiǎo)變形量軋制的工(gōng)藝措施，需要中(zhōng)間退火和加熱軋輥，低效且浪費資源，造成鎂合金闆材軋制生産(chǎn)的成本一直很(hěn)高。

1.2熱擠壓軋制

一般而言的熱擠壓軋制法，是通過熱擠壓開坯将闆材軋制成所需要的形狀的軋制工(gōng)藝方法。

因為(wèi)擠壓過程是在在擠壓筒中(zhōng)進行，使得闆材散熱較慢，最大程度的發揮出它的塑性，從而一定程度上可(kě)抑制鎂合金産(chǎn)生裂紋，因此該方法适用(yòng)于大部分(fēn)的鎂合金闆材的生産(chǎn)，但該方法尚存在一些缺點，比如軋制的闆材尺寸不能(néng)太大，材料軋制過程浪費大，成品率低，設備和儀器投資大。

1.3雙輥連續鑄軋

鎂合金采取雙輥連續鑄軋技(jì )術（TRC）制備鎂合金闆坯示意圖如圖1、圖2所示，分(fēn)别是水平雙輥鑄軋和立式雙輥鑄軋。它使用(yòng)2個反向旋轉輥作(zuò)為(wèi)結晶器，在熔化鎂合金配料後，通過分(fēn)配系統（鑄嘴）将熔體(tǐ)均勻地送入鑄輥之間，鑄輥将鑄造和塑性加工(gōng)合為(wèi)一體(tǐ)（鎂合金溶液在快速冷卻的同時發生塑性變形），以較高的效率制備出所需求的鎂合金闆坯。

該工(gōng)藝不經過熱軋，與傳統方法相比，雙輥連續鑄軋技(jì )術生産(chǎn)周期短，效率高，成本低，節省能(néng)源，成材率高，并且軋後闆材表面光滑，組織性能(néng)緻密。但利用(yòng)該方法制備鎂合金闆材晶粒粗大，存在難以排除的氧化夾雜和鑄闆缺陷，并且可(kě)生産(chǎn)的闆材尺寸有(yǒu)限。于是，現在許多(duō)研究人員正在添加一些金屬精(jīng)煉劑來精(jīng)煉鑄件，以獲得具(jù)有(yǒu)細小(xiǎo)均勻晶粒的鎂合金鑄軋闆材，總之，該技(jì )術具(jù)有(yǒu)巨大的發展潛力。

二、特殊軋制

2.1異步軋制（DSR）

異步軋制原理(lǐ)如下圖3，它通過改變上下軋輥直徑、轉速、摩擦條件使得兩個工(gōng)作(zuò)輥表面線(xiàn)速度不相等，在軋制變形區(qū)形成了“搓軋區(qū)”，搓軋區(qū)減小(xiǎo)了外摩擦水平壓力對變形的阻礙作(zuò)用(yòng)，從而顯著降低了軋制變形時的總壓力。故采用(yòng)異步軋制使得闆材晶粒細化，并且闆材基面織構強度得到減弱，屈服強度降低，塑性提高。

2.2交叉軋制

交叉軋制後闆材晶粒變小(xiǎo)，組織均勻穩定，同時改善了基面織構，使闆材的塑性韌性提高，但沖壓成形性能(néng)卻稍有(yǒu)降低。同時交叉軋制技(jì )術可(kě)以優化鎂合金的各向異性，使得力學(xué)性能(néng)更為(wèi)均勻，闆在不同方向上的力學(xué)性能(néng)在闆面上較少。除此之外，交叉軋制後鎂合金闆材基面織構改善與晶粒細化使得闆材強度增強，而闆材脹形性能(néng)降低。因為(wèi)軋制方式對闆材有(yǒu)所限制，交叉軋制加工(gōng)工(gōng)藝複雜，不适用(yòng)于鎂合金闆材的大規模制備。

2.3大應變軋制（LSR）

大應變軋制工(gōng)藝是采用(yòng)的劇塑性變形技(jì )術，能(néng)使晶粒尺寸發生大程度的減小(xiǎo)，可(kě)獲得超細晶組織材料。大應變軋制可(kě)分(fēn)為(wèi)累積疊軋和等徑角軋制。

1)累積疊軋

累積疊軋是劇烈塑性變形技(jì )術之一，這種工(gōng)藝方法是在一定溫度下，将進行加工(gōng)硬化及脫脂等表面處理(lǐ)後獲得的兩塊尺寸相等金屬闆疊軋并使其自動焊合，然後用(yòng)此工(gōng)藝反複疊軋焊合從而獲得的闆材具(jù)有(yǒu)較大應變。

累積疊軋技(jì )術不僅設備投資低，工(gōng)藝較其他(tā)方法簡單，獲得成品率高，而且薄闆軋制不限制應變大小(xiǎo)，材料的最終尺寸不發生改變，卻可(kě)細化組織提高材料強度，此工(gōng)藝方法被認為(wèi)是最有(yǒu)望能(néng)制備大尺寸、高經濟、高性能(néng)細晶鎂合金闆材的工(gōng)業化生産(chǎn)的方法。該技(jì )術具(jù)有(yǒu)誘人的應用(yòng)前景，但用(yòng)此方法制備鎂合金闆材時仍有(yǒu)一些缺點，例如厚闆在加工(gōng)中(zhōng)發生大塑性變形并開裂，加熱時易發生氧化現象和制備大尺寸的闆材較困難等。現在的累積疊軋主要用(yòng)于制成高性能(néng)薄闆。

2)等徑角軋制

等徑角軋制是基于等徑角擠壓的基本原理(lǐ)，将軋制和大剪切變形相結合的一項特殊軋制技(jì )術。等徑角軋制工(gōng)藝可(kě)以改善鎂合金闆材晶粒尺寸使得尺寸降低并産(chǎn)生大量細密孿晶，從而提高闆材的強度和室溫塑性變形能(néng)力。

另外，經等徑角軋制後的闆材晶粒會在剪切力作(zuò)用(yòng)下發生轉動，從而造成基面取向演化為(wèi)非基面取向，使基面織構明顯減弱。該工(gōng)藝有(yǒu)較大的應用(yòng)前景，雖然有(yǒu)着軋制薄闆時易失穩起皺和軋制工(gōng)藝過程不穩定的缺點，然而，随着軋制通道的變大，闆的強度變小(xiǎo)，塑性和成形性有(yǒu)了明顯的改善。

2.4電(diàn)脈沖軋制

兩個軋輥之間相互絕緣，施加脈沖電(diàn)流同時進行軋制的工(gōng)藝稱為(wèi)電(diàn)脈沖軋制，将電(diàn)流的電(diàn)塑性效應和塑性完美結合，在電(diàn)塑性作(zuò)用(yòng)下，其塑性有(yǒu)了很(hěn)大的改善。電(diàn)脈沖軋制技(jì )術有(yǒu)很(hěn)多(duō)優點，例如降低材料的變形抗力，提高材料力學(xué)性能(néng)和成形極限，減少加工(gōng)工(gōng)序和改善産(chǎn)品質(zhì)量等。因此，電(diàn)塑性加工(gōng)電(diàn)脈沖軋制技(jì )術在鎂合金塑性加工(gōng)中(zhōng)具(jù)有(yǒu)很(hěn)大的應用(yòng)前景。

三、軋制成形邊裂的研究

鎂合金特殊的晶體(tǐ)結構和物(wù)理(lǐ)性質(zhì)導緻其在軋制過程中(zhōng)極易出現邊裂等缺陷。邊裂不僅降低闆材的成材率，而且在後續軋制過程中(zhōng)會發生擴展，破壞生産(chǎn)過程的連續性，嚴重制約了鎂合金的推廣應用(yòng)。因此，減少或消除鎂合金闆材的邊裂缺陷，提高成品性能(néng)，已成為(wèi)材料領域研究的熱點問題。

影響邊裂形成的因素：

（1） 軋制溫度：溫度是影響鎂合金闆材軋制過程的重要因素之一。鎂合金在常溫下塑性變形能(néng)力較差，一般需要對其加熱後進行軋制。

（2） 壓下制度：壓下制度既包含軋制道次的最大壓下率，也包含該軋程累積的總壓下率。首先，道次壓下率達到一定數值後，鎂合金闆材就會産(chǎn)生邊裂缺陷。其次，總壓下率對邊裂缺陷的形成也有(yǒu)很(hěn)大影響。

（3） 軋制速度：軋制速度對鎂合金闆材邊裂的産(chǎn)生也有(yǒu)重要的影響。高速軋制可(kě)提高鎂合金闆材的軋制成形性能(néng)。

（4） 應力狀态：在金屬變形過程中(zhōng)，大多(duō)數裂紋都是由不均勻變形和遇到障礙物(wù)(晶界或第二相)而引起的較高的應力集中(zhōng)。當應力集中(zhōng)達到臨界斷裂強度時，就會産(chǎn)生裂紋，鎂合金闆材邊裂的産(chǎn)生亦是如此。

參考來源：

盧維娜，等.鎂合金闆材軋制成形現狀及其發展.冶金與材料.2018.

 劉江林，等.鎂合金闆材軋制成形邊裂的研究進展.材料導報.2020.