軋制是鎂合金板材的主要制備方法，常規(guī)軋制過程中上、下軋制工作輥輥面速率相同，在鎂合金板面上形成對(duì)稱應(yīng)力，使板材晶粒 c 軸幾乎都垂直于軋面，導(dǎo)致鎂板具有強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，后續(xù)進(jìn)一步減薄和二次塑性加工性能嚴(yán)重下降。為此，常規(guī)軋制鎂合金板材，特別是軋制厚度8 mm以下的鎂合金薄板，需要多次中間退火，導(dǎo)致工序較長(zhǎng)、工藝復(fù)雜，板材軋制成形效率低，生產(chǎn)成本高，極大限制了鎂合金薄板的大規(guī)模應(yīng)用。為此，異步軋制、新型非對(duì)稱軋制等工藝近年來受到廣泛關(guān)注和重視。

1 異步軋制

        在異步軋制過程中，由于板材軋機(jī)上、下工作輥輥面線速率不同，板材上、下表面受到的摩擦力方向相反，在變形區(qū)沿著板材厚度方向引入了剪切變形并在板材中間形成“搓軋區(qū)”。由于剪切變形的引入，改變了板材軋制過程中晶粒應(yīng)力狀態(tài)以及再結(jié)晶過程與塑性變形機(jī)制的關(guān)系，從而改變了板材的晶粒取向分布，弱化基面織構(gòu)，使鎂合金板材后續(xù)的塑性加工能力得到改善。

        龐靈歡等采用了180 mm 軋 機(jī) 在 溫 度 為350℃、單道次壓下率為50%的情況下研究了軋輥表面圓周速率比對(duì)AZ31鎂合金板材基面織構(gòu)的影響，異步軋制使鎂合金板材內(nèi)部出現(xiàn)剪應(yīng)力，增加了材料的變形能力，激活了鎂合金的非基面滑移系，特別是柱面滑移，使 AZ31 板材成形性能顯著提高。Maj‐chrowicz等研究了差速軋制(DSR)剪切變形對(duì)Mg-6Sn合金組織、織構(gòu)和力學(xué)性能的影響。與常規(guī)軋制相比，異步軋制使Mg-6Sn板材的晶粒明顯細(xì)化，基面織構(gòu)擴(kuò)展。宋旭東等研究了不同軋制異速比下的擠壓態(tài)Mg-3Zn-2(Ce/La)-1Mn合金微觀組織及織構(gòu)演變，異步軋制板材的組織更均勻細(xì)小。Zhang等研究了差速軋制Mg-6Al合金的顯微組織、織構(gòu)和力學(xué)性能，由于異步軋制引入了剪切應(yīng)變，導(dǎo)致軋制板材的基面極軸向軋制方向(RD)傾斜約20°。

2 襯板軋制

        常規(guī)軋制鎂合金板材易開裂，難以實(shí)現(xiàn)單道次大壓下量軋制。為此，Li 等和 Wang 等研發(fā)了新型襯板控軋技術(shù)(hard-plate rolling，HPR)，即在軋制坯料上、下表面分別附加一塊硬質(zhì)合金襯板，與坯料同時(shí)送入軋輥中進(jìn)行軋制，可實(shí)現(xiàn)單道次大壓下量(約85%)軋制，大大提升了軋制效率。

        采用 HPR 制備技術(shù)不僅能獲得具有良好成形性的鎂合金板材，還可實(shí)現(xiàn)難變形鎂合金強(qiáng)塑性同時(shí)提升。這歸因于其獨(dú)特的混晶結(jié)構(gòu)，即具有強(qiáng)織構(gòu)的粗大微米晶和具有弱織構(gòu)的超細(xì)晶/細(xì)晶混雜的晶粒組織。該混晶組織的形成一方面是由于HPR促進(jìn)了非均勻變形和局部動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核；同時(shí) HPR 促進(jìn)高密度亞微米 Mg17Al12動(dòng)態(tài)析出，有效抑制細(xì)小的再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大。細(xì)晶/超細(xì)晶和粗晶在拉伸不同階段分別承載塑性變形的協(xié)同作用，提高了合金加工硬化能力，使強(qiáng)塑性同時(shí)提高。Zhang等通過HPR (單道次80%壓下量)制備的混晶結(jié)構(gòu) AZ91 鎂合金在300℃下延伸率約為580%，具有優(yōu)異的超塑性。考慮到通常需要經(jīng)過多道次常規(guī)軋制才能獲得與之相當(dāng)?shù)某苄?，HPR在生產(chǎn)超塑性鎂合金方面也具有極大的優(yōu)勢(shì)?；?HPR 技術(shù)，Wang 等提出了一種新的非對(duì)稱軋制方法——波浪形襯板軋制(wave-shapedrolling，WSR)。通過在板材的下表面添加一塊波浪形模具，使上、下表面軋制應(yīng)力呈非對(duì)稱狀態(tài)。采用WSR技術(shù)加工制備的Mg-6Al-3Sn合金板材基面織構(gòu)明顯減弱，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)到22.5%。Wang 等采用大壓下量控制軋制技術(shù)在 Mg1Zn-1Sn-0.3Y-0.2Ca合金中引入少量隨機(jī)取向晶粒，成功實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)弱混雜織構(gòu)控制，有助于協(xié)調(diào)局部應(yīng)變并激活非基面滑移，使延伸率從約15%提升至約27%，同時(shí)抗拉強(qiáng)度可達(dá)到約255 MPa，為低合金化鎂合金的高性能化和短流程制備提供了新思路。

3 厚板側(cè)向軋制

        常用鎂合金板材具有很強(qiáng)的(0002)基面織構(gòu)，沿板材TD施加壓應(yīng)力，可以促進(jìn)基面?zhèn)认蚱D(zhuǎn)，改善基面的空間分布，增大沿TD變形的Schimid因子，但側(cè)向壓縮僅適合于處理厚度 20 mm 以上的厚板。Zhu等研究了預(yù)時(shí)效-側(cè)向軋制耦合工藝對(duì)AZ80鎂合金厚板(厚40 mm)微觀組織和力學(xué)性能的影響，在 200℃下將板材側(cè)軋至不同的厚度，變形量為10%~40%，可以顯著提高AZ80鎂合金的力學(xué)性能。Xin等發(fā)展了一種通過側(cè)向預(yù)變形軋制預(yù)制孿晶，從而弱化軋制鎂合金板材織構(gòu)的方法。沿側(cè)向(TD)對(duì) 20 mm 厚 AZ31 板材進(jìn)行預(yù)變形軋制，然后再沿法向(ND)進(jìn)行軋制，使板材內(nèi)部出現(xiàn)拉伸孿晶，改變了初始的基面取向，在后續(xù)300℃下的軋制過程中單道次的最大變形量顯著增加。

4 復(fù)合板軋制

        鎂合金復(fù)合板可充分利用鎂合金和復(fù)合坯料的優(yōu)勢(shì)，克服單一板材的缺點(diǎn)。復(fù)合軋制是制備鎂合金復(fù)合板的常用工藝，可生產(chǎn)大面積和大厚度的同種或者異種金屬層壓復(fù)合板。吳宗河等探索了壓下率、軋制溫度和軋制速率等多種軋制參數(shù)下熱軋7075 Al/AZ31B鎂合金復(fù)合板結(jié)合強(qiáng)度的變化規(guī)律，由于界面元素?cái)U(kuò)散寬度的增大和鎂合金近界面晶粒組織的細(xì)化，鋁鎂合金復(fù)合板結(jié)合強(qiáng)度隨壓下率增加先升高后降低，但大變形導(dǎo)致 Mg 基體界面處產(chǎn)生微裂紋和鎂合金側(cè)晶粒異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致復(fù)合板材強(qiáng)度下降。采用雙相Mg-Li合金，利用冷軋鍵合工藝制備了3層Al/Mg-Li/Al復(fù)合板材，所得復(fù)合板材結(jié)合強(qiáng)度較好。

5 在線加熱軋制

        鎂合金板材，特別是鎂合金薄板在熱軋過程中因坯料溫度下降較快，導(dǎo)致鎂合金薄板單道次軋制壓下量低，軋制成形性較差。為了防止軋制過程中坯料溫度過快下降，重慶大學(xué)潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)開發(fā)了在線加熱軋制(On-LHR)鎂合金薄板技術(shù)和裝備，如圖所示。與常規(guī)熱傳導(dǎo)加熱鎂合金板坯相比，在線加熱軋制通過電流的熱效應(yīng)使板材產(chǎn)生熱量，板材加熱效率快。板材加熱和軋制過程中均施加一定的張力，使得多道次軋制板材保持平直，無翹曲缺陷出現(xiàn)。

        在此基礎(chǔ)上，潘復(fù)生團(tuán)隊(duì)開展了在線加熱軋制鎂合金板材的相關(guān)研究工作。Pan等采用On-LHR工藝制備了 AZ31B 板材 ，其平均晶粒尺寸約為4.1 μm，沿軋制方向的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)合力學(xué)性能。Xiao等研究認(rèn)為On-LHR工藝制備的AZ31鎂合金板材的剪切帶內(nèi)大部分晶粒基面平行于剪切帶分布方向。隨著道次變形量的增加，剪切帶與RD的夾角逐漸減小，板材屈服強(qiáng)度逐漸降低。

        On-LHR可大大降低鎂合金邊部裂紋敏感性，確保平直板形和表面質(zhì)量。Huang等進(jìn)一步研究了軋制張力對(duì)On-LHR制備AZ31鎂合金板材邊裂紋的影響，合適的張力對(duì)控制鎂合金板材軋制邊裂和獲得良好軋制板型具有重要作用。此外，劉強(qiáng)等研究認(rèn)為在線加熱軋制Mg-1.0Al-1.0Sn-0.5Mn和Mg-6.0Al[1]1.0Sn-0.5Mn板材裂紋明顯低于常規(guī)軋制板材。

6 寬幅板卷軋制

        鎂合金板卷軋制效率高，經(jīng)過多年研究，鎂合金大規(guī)格鑄坯制備和寬幅板卷軋制工藝基礎(chǔ)理論與技術(shù)取得了重要進(jìn)展。東北大學(xué)樂啟熾課題組開展了新型電磁場(chǎng)對(duì)鎂合金坯料鑄造的三傳及其對(duì)凝固行為影響研究，開發(fā)出了鎂合金大規(guī)格高質(zhì)量扁錠的電磁鑄造技術(shù)與裝備，成功研制出橫截面為400 mm × 1600 mm、長(zhǎng)度達(dá)5000 mm的迄今最大鎂合金大扁錠，為大卷重寬幅鎂板卷的軋制生產(chǎn)提供了前提。同時(shí)研究了AZ31鎂板輥道輸送溫度行程特征、軋制變形及其熱行為與工藝參數(shù)的關(guān)系，構(gòu)建了空冷過程溫控模型和近恒溫軋制判據(jù)；針對(duì)鎂板軋制溫度難以在線檢測(cè)的問題，構(gòu)建了鎂板坯發(fā)射率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并結(jié)合所建立的軋制力半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼o助感知變形區(qū)板溫變化，為寬幅鎂板近恒溫軋制提供了基礎(chǔ)理論支撐。

        針對(duì)鎂合金寬板軋制易出現(xiàn)邊裂從而導(dǎo)致軋制成材率較低的問題，研究了不同軋制工藝對(duì)AZ31鎂合金寬板邊裂的影響，建立了軋制區(qū)帶張力軋制模型和邊部失效預(yù)判模型。通過研究明確了坯料邊部倒角類型對(duì)寬板軋制區(qū)邊部溫度場(chǎng)和應(yīng)力狀態(tài)的影響，顯著減少了邊裂，大幅提高了寬板的軋制成材率。明確了預(yù)軋制、預(yù)側(cè)壓和大壓下不同組合軋制路徑與制度，顯著改善鎂合金寬板橫向和厚向的變形與組織均勻性，還能通過促進(jìn)變形過程中的再結(jié)晶形核，顯著細(xì)化晶粒，促進(jìn)錐面滑移系開動(dòng)，有效促進(jìn)連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，從而顯著改善軋板的基面織構(gòu)和軋制成形性，軋制綜合成材率提高10%以上。