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镁合金板材在航空航天、汽车、3C等领域都有着十分广泛的应用前景。但由于镁合金室温塑性差,传统的轧制必须在较高温度下进行,而且轧制工序很长,导致生产周期过长,成品率低,成本高。本论文建立了有限元模型,对AZ31B镁合金铸轧过程中的热力耦合问题进行了有限元模拟,通过实验确定了合适的AZ31B镁合金铸轧和后续热处理、轧制工艺条件,并利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、金相(OM)、室温拉伸等实验方法详细研究了AZ31B镁合金铸轧板材的微观组织及力学性能。研究结果表明:
通过有限元模型对AZ31B镁合金铸轧过程中熔体温度场和变形场进行计算,计算模拟确定的铸轧参数为:浇注温度680～710℃;铸轧速度2.5～2.8 m/min;在此模拟基础上采用相同的铸轧参数进行铸轧实验,成功制备出了厚度3.8 mm,宽度200 mm的铸轧AZ31B镁合金板。不引入外场铸轧的AZ31B镁合金板枝晶网胞发达,二次枝晶间距约20～25μm,板面内力学各向异性不明显,而引入超声场和电磁场(以下称为“组合场”)后铸轧得到的AZ31B镁合金板微观组织更加细小均匀,有明显的半固态组织,平均晶粒尺寸约为12～18μm,在力学性能上也可得到很大改善:相比不引入外场铸轧的AZ31B镁合金板而言,引入组合场铸轧的AZ31B镁合金板铸轧方向抗拉强度可提高13％,与铸轧方向呈90°方向延伸率提高了70％,引入组合场铸轧AZ31B镁合金板的硬度值也提高了26％。超声场或电磁场单一作用下的铸轧AZ31B镁合金板力学性能也有所提高。另外,引入组合场铸轧的AZ31B镁合金板在400℃保温4 h均匀化处理条件下第二相已完全固溶。均匀化退火后铸轧AZ31B镁合金各方向的的力学性能仍然相差不大。并且引入组合场铸轧AZ31B镁合金板在后续热轧过程中可以获得更好的力学性能。