一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法
【專利摘要】一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，屬于有色金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，按以下步驟進(jìn)行：（1）根據(jù)鎂合金板坯擬測溫位置，在板坯鑄模中的相應(yīng)位置固定測溫電偶；（2）向?qū)﹂_式板坯澆鑄模內(nèi)澆注精煉后的鎂合金熔體，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯；取出經(jīng)均勻化處理和表面銑切后獲得待軋制板坯；（3）將待軋制板坯置于設(shè)有輥道的加熱爐中，將測溫電偶與加熱爐外的溫度數(shù)據(jù)記錄儀連接，溫度數(shù)據(jù)記錄儀與溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；軋制時實(shí)時檢測并存儲待軋制板坯的溫度變化，獲得溫度－時間曲線。本發(fā)明達(dá)到了快速和準(zhǔn)確測溫的效果；易于捕捉到高速變形時坯料溫度的變化行程；簡化了試驗(yàn)操作，減少了人為操作的影響。
【專利說明】一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，是重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車以及軍工等領(lǐng)域。鎂合金軋制是鎂合金成形的最重要生產(chǎn)方式。然而，由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，塑形變形能力較差，因此，鎂合金塑性變形一般都要在加熱到250°C以上進(jìn)行熱變形。
[0003]鎂合金板材軋制無論在開坯軋制還是薄板精軋，不僅要熱軋，而且還要對軋輥進(jìn)行加熱，方可實(shí)現(xiàn)順利軋制，即鎂合金軋制過程的坯料和軋輥溫度控制是十分重要的技術(shù)措施。另一方面，金屬材料塑性變形時大部分能量都轉(zhuǎn)化為了熱量，又會使變形材料產(chǎn)生溫升，而溫升又反過來影響塑性變形以及再結(jié)晶行為。實(shí)踐表明，鎂合金由于體積比熱小和導(dǎo)熱系數(shù)低(分別約為鋁合金的70%和60%)的特點(diǎn)，可以想象其變形熱引起的溫升比鋁合金材料大得多。不過，有關(guān)鎂合金軋制變形具體的溫升是多少并沒有可靠的檢測數(shù)據(jù)。
[0004]目前變形熱引起的溫升主要通過理論公式計(jì)算來估計(jì)，實(shí)際上，鎂合金軋制不僅因坯料變形產(chǎn)生變形熱，而且也同時向變形工具(軋輥等)以及周圍介質(zhì)傳熱，即鎂合金軋制溫升不僅與合金材料的種類有關(guān)，還與軋制工藝制度以及軋機(jī)等實(shí)際工況直接相關(guān)，要具體問題具體分析，這就需要準(zhǔn)確知道具體的軋制過程，難以采用通用的方法來準(zhǔn)確估計(jì)。因此，對特定鎂合金進(jìn)行特定軋制過程的溫度實(shí)際變化進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，將對軋制工藝制度的優(yōu)化與調(diào)整起到重要指導(dǎo)意義。然而，對鎂合金形變熱所致溫升的直接檢測受限于檢測技術(shù)而難以獲得準(zhǔn)確結(jié)果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有鎂合金材料軋制過程中對溫度變化監(jiān)測技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，將測溫電偶鑲鑄于鎂合金鑄錠中預(yù)定的測溫位置，進(jìn)行軋制時將鑲鑄的測溫電偶與記錄儀連接，對軋制過程中的溫度變化進(jìn)行實(shí)時測量，快速而準(zhǔn)確的測試所有鎂合金軋制制度與工況下變形熱導(dǎo)致的板坯不同位置的溫度變化情況。
[0006]本發(fā)明的測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法按以下步驟進(jìn)行:
1、根據(jù)鎂合金板坯擬測溫位置，在板坯鑄模中的相應(yīng)位置固定測溫電偶；固定方法為:采用對開式板坯澆鑄模，在對開式板坯澆鑄模的澆注口上固定一個支架，將金屬絲的一端固定在支架上，金屬絲的另一端固定在對開式板坯澆鑄模的內(nèi)壁上；在對開式板坯澆鑄模的側(cè)壁上開設(shè)電偶孔，將測溫電偶穿過電偶孔，測溫電偶的一端纏繞固定在金屬絲上，另一端留在對開式板坯澆鑄模外；將電偶孔封閉；
2、向?qū)﹂_式板坯澆鑄模內(nèi)澆注精煉后的鎂合金熔體，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯；將鑄坯連通測溫電偶從對開式板坯澆鑄模中取出，經(jīng)均勻化處理和表面銑切后獲得待軋制板坯；
3、將待軋制板坯置于設(shè)有輥道的加熱爐中，關(guān)閉加熱爐爐門，并將測溫電偶與加熱爐外的溫度數(shù)據(jù)記錄儀連接，溫度數(shù)據(jù)記錄儀與溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；當(dāng)待軋制板坯被加熱至預(yù)定的軋制溫度，開啟爐門并啟動輥道，將待軋制板坯傳送到軋機(jī)中進(jìn)行軋制；軋制時由溫度數(shù)據(jù)記錄儀和溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實(shí)時檢測并存儲待軋制板坯不同部位的溫度變化，并獲得從待軋制板坯加熱開始和軋制過程以及軋后整個過程中的溫度一時間曲線。
[0007]上述方法中，澆注鎂合金熔體時的澆注溫度為66(T750°C。
[0008]上述方法中，進(jìn)行軋制時的道次變形量為5~85%，軋制速度在5~300m/min。
[0009]上述方法中，采用的澆鑄裝置包括對開式板坯澆鑄模，支架和金屬絲；對開式板坯澆鑄模的側(cè)壁上開設(shè)電偶孔，對開式板坯澆鑄模的澆注口上固定一個支架，將金屬絲的一端固定在支架上，金屬絲的另一端固定在對開式板坯澆鑄模的內(nèi)壁上。
[0010]上述方法中，采用的軋制溫度檢測裝置包括設(shè)有輥道的加熱爐，溫度數(shù)據(jù)記錄儀、溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和軋機(jī)；設(shè)有輥道的加熱爐位于軋機(jī)的進(jìn)口一側(cè)并靠近軋機(jī)；溫度數(shù)據(jù)記錄儀和溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)位于軋機(jī)的出口一側(cè)；進(jìn)行軋制時測溫電偶穿過輥縫與溫度數(shù)據(jù)記錄儀連接。
[0011]上述方法中，在軋機(jī)出口處的輥縫下方設(shè)有隔熱板，隔熱板選用硅酸鋁板。 [0012]上述方法中，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上，保證軋板不因平臺導(dǎo)熱而增加額外的熱量喪失。
[0013]上述的測溫電偶選用直徑0.3±0.01mm，溫度誤差 ≤0.3 °C的高精度測溫電偶。
[0014]上述方法中，選用溫度誤差 ≤0.5°C，最小采集步長在0.0OliT0.01s的溫度記錄儀。
[0015]上述的金屬絲為銅絲、鐵絲或鋁絲；直徑在0.5~lmm。
[0016]本發(fā)明的方法采用將測溫電偶預(yù)先設(shè)置在鑄模內(nèi)，澆注后獲得帶有測溫電偶的鑄坯；將加熱爐設(shè)置在靠近軋機(jī)處，加熱后將待軋制板坯通過輥道快速移出加熱爐并進(jìn)入軋輥進(jìn)行軋制，保證了待軋制板坯溫度的準(zhǔn)確性(實(shí)測表明，待軋制板坯軋前熱損失小于1%);設(shè)置在軋機(jī)出口處的隔熱板可以保證軋制后板坯不因平臺導(dǎo)熱而增加額外的熱量喪失，從而保證溫度檢測的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。
[0017]與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
(1)鑄造的方法通過在待軋制板坯中鑲鑄測溫電偶，使電偶與待軋制板坯測溫點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)無間隙結(jié)合，避免了通過在坯料上鉆孔插入并固定電偶的孔隙對變形行為的影響以及測溫電偶對擬檢測部位溫度變化感知靈敏度的影響，從而達(dá)到快速和準(zhǔn)確測溫的效果；
(2)采用的測溫電偶為高精度測溫電偶，顯著提高了熱電偶對坯料溫度變化的感知速度，更易于捕捉到高速變形時坯料溫度的變化行程；
(3)通過加熱爐與軋輥之間的緊鄰設(shè)置以及加熱爐中的輥道設(shè)置，顯著減少了待軋制板坯由加熱爐進(jìn)入軋輥所需要的時間，顯著降低了待軋制板坯的溫降，待軋制板坯軋前熱損失極小，提高了待軋制板坯軋制初始溫度的均勻性與準(zhǔn)確性，提高了待軋制板坯溫升檢測的可靠性，并簡化了試驗(yàn)操作，減少了人為操作的影響；
(4)通過在軋機(jī)出口處配制隔熱板，可保證軋制后板料不因平臺導(dǎo)熱而增加額外的熱 量喪失，從而提高軋后溫度變化檢測的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的澆注裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的檢測裝置和軋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1、對開式板坯澆鑄模，2、測溫電偶，3、電偶孔，4、金屬絲，5、支架；6、設(shè)有輥道的加熱爐，7、軋機(jī)，8、輥道，9、爐門，10、待軋制板坯，11、溫度數(shù)據(jù)記錄儀，12、溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，13、隔熱板；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的AZ31鎂合金350°C道次壓下率為5%軋輥溫度為室溫時的溫度隨時間變化曲線圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的AZ31鎂合金200°C道次壓下率為35%軋輥溫度為室溫時的溫度隨時間變化曲線圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的AZ31鎂合金400°C道次壓下率為17%軋輥溫度為室溫時的溫度隨時間變化曲線圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例4的AZ31鎂合金300°C道次壓下率為17%軋輥溫度為100°C時的溫度隨時間變化曲線圖。
[0019]圖8為本發(fā)明實(shí)施例5的AZ80鎂合金300°C道次壓下率為16%軋輥溫度為室溫時的溫度隨時間變化曲線圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例6的ZK60鎂合金350°C道次壓下率為17%軋輥溫度為室溫時的溫度隨時間變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明實(shí)施例中采用的測溫電偶為市購ω?zé)犭娕肌?br>
[0021]本發(fā)明實(shí)施例中采用的設(shè)有輥道的加熱爐為輥道式加熱爐。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例中采用的溫度數(shù)據(jù)記錄儀為H1KI數(shù)據(jù)記錄儀，型號為LR8400-21、LR8401-21 或 LR8402-21。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中采用的溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中采用的澆鑄裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，俯視圖如圖2所示，包括對開式板坯澆鑄模，支架5和三個金屬絲4 ;對開式板坯澆鑄模的側(cè)壁上開設(shè)三個電偶孔3，對開式板坯澆鑄模的澆注口上固定一個支架5，將金屬絲4的一端固定在支架5上，金屬絲4的另一端固定在對開式板還燒鑄模的底部內(nèi)壁上。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例中采用的金屬絲為銅絲、鐵絲或鋁絲；直徑在0.5?lmm。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中采用的對開式板?燒鑄模的內(nèi)腔尺寸為40mmX 10mmX 180mm ；鑲鑄有測溫電偶的鎂合金鑄造板坯，經(jīng)過均勻化處理和表面銑切后的厚度為30 ± 1mm，寬度為80±lmm，長度為150±2mm ;鎂合金材料為AZ31、AZ80或ZK60 ;測溫電偶為3個，把測溫電偶穿過電偶孔，通過金屬絲和支架準(zhǔn)確固定在對開式板坯澆鑄模上，且位于坯料厚度(H)方向的H/2、H/4和距表面2mm處的位置，且各個電偶在軋制方向上的間距約為30mm。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中采用的軋制溫度檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括設(shè)有輥道的加熱爐6，溫度數(shù)據(jù)記錄儀11、溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)12和軋機(jī)7 ;設(shè)有輥道的加熱爐6位于軋機(jī)7的進(jìn)口一側(cè)并靠近軋機(jī)7 ;溫度數(shù)據(jù)記錄儀11和溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)12位于軋機(jī)7的出口一側(cè)；進(jìn)行軋制時測溫電偶2穿過輥縫與溫度數(shù)據(jù)記錄儀11連接。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例中，在軋機(jī)7出口處的輥縫下方設(shè)有隔熱板13，隔熱板13選用硅酸鋁板。
[0029]實(shí)施例1
加熱熔化AZ31鎂合金，在660°C澆注到澆鑄裝置中，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯，均勻化處理制度為430°C保溫10h，表面銑切后獲得待軋制板坯；待軋制板坯在設(shè)有輥道的加熱爐中加熱至350°C并保溫60min后，在軋輥直徑Φ380πιπι且軋輥不加熱的軋機(jī)中進(jìn)行軋制，軋制速度在100m/min ;道次壓下率為5%，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上；所獲得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表層附近的溫度隨時間的變化曲線如圖4所示；圖中Λ為Η/2處溫度-時間曲線，〇為距表面2mm處溫度-時間曲線，另一條為H/4處溫度-時間曲線。
[0030]實(shí)施例2
加熱熔化AZ31鎂合金，在680°C澆注到澆鑄裝置中，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯，均勻化處理制度為350°C保溫24h，表面銑切后獲得待軋制板坯；待軋制板坯在設(shè)有輥道的加熱爐中加熱至200°C并保溫60min后，在軋輥直徑Φ380πιπι且軋輥不加熱的軋機(jī)中進(jìn)行軋制，軋制速度在5m/min ;道次壓下率為35%，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上；所獲得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表層附近的溫度隨時間的變化曲線如圖5所示；圖中Λ為Η/2處溫度-時間曲線，〇為距表面2mm處溫度-時間曲線，另一條為H/4處溫度-時間曲線。
[0031]實(shí)施例3
加熱熔化AZ31鎂合金，在710°C澆注到澆鑄裝置中，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯，均勻化處理制度為400°C保溫12h，表面銑切后獲得待軋制板坯；待軋制板坯在設(shè)有輥道的加熱爐中加熱至400°C并保溫60min后，在軋輥直徑Φ380πιπι且軋輥不加熱的軋機(jī)中進(jìn)行軋制，軋制速度在300m/min ;道次壓下率為17%，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上；所獲得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表層附近的溫度隨時間的變化曲線如圖6所示；圖中Λ為Η/2處溫度-時間曲線，〇為距表面2mm處溫度-時間曲線，另一條為H/4處溫度-時間曲線。
[0032]實(shí)施例4
加熱熔化AZ31鎂合金，在680°C澆注到澆鑄裝置中，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯，均勻化處理制度為350°C保溫24h，表面銑切后獲得待軋制板坯；待軋制板坯在設(shè)有輥道的加熱爐中加熱至200°C并保溫60min后，在軋輥直徑Φ380mm且軋輥加熱的軋機(jī)中進(jìn)行軋制，軋制速度在100m/min ;道次壓下率為35% ;軋輥溫度為100°C，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上；所獲得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表層附近的溫度隨時間的變化曲線如圖5所示；圖中Λ為H/2處溫度-時間曲線，〇為距表面2mm處溫度-時間曲線，另一條為H/4處溫度-時間曲線。
[0033]實(shí)施例5
加熱熔化AZ80鎂合金，在750°C澆注到澆鑄裝置中，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯，均勻化處理制度為400°C保溫12h，表面銑切后獲得待軋制板坯；待軋制板坯在設(shè)有輥道的加熱爐中加熱至400°C并保溫60min后，在軋輥直徑Φ380πιπι且軋輥不加熱的軋機(jī)中進(jìn)行軋制，軋制速度在80m/min ;道次壓下率為16%，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上；所獲得的板坯厚度方向的中心(H/2)、H/4和表層附近的溫度隨時間的變化曲線如圖7所示；圖中Λ為Η/2處溫度-時間曲線，〇為距表面2mm處溫度-時間曲線，另一條為H/4處溫度-時間曲線。
[0034]實(shí)施例6
加熱熔化ZK60鎂合金，在710°C澆注到澆鑄裝置中，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯，均勻化處理制度為400°C保溫12h，表面銑切后獲得待軋制板坯；待軋制板坯在設(shè)有輥道的加熱爐中加熱至350°C并保溫60min后，在軋輥直徑Φ380πιπι且軋輥不加熱的軋機(jī)中進(jìn)行軋制，軋制速度在180m/min ;道次壓下率為17%，待軋制板坯經(jīng)軋制后落在隔熱板上；所獲得的板坯厚度方向的中心(Η/2)、H/4和表層附近的溫度隨時間的變化曲線如圖8所示；圖中Λ為Η/2處溫度-時間曲 線，〇為距表面2mm處溫度-時間曲線，另一條為H/4處溫度-時間曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)根據(jù)鎂合金板坯擬測溫位置，在板坯鑄模中的相應(yīng)位置固定測溫電偶；固定方法為:采用對開式板坯澆鑄模，在對開式板坯澆鑄模的澆注口上固定一個支架，將金屬絲的一端固定在支架上，金屬絲的另一端固定在對開式板坯澆鑄模的內(nèi)壁上；在對開式板坯澆鑄模的側(cè)壁上開設(shè)電偶孔，將測溫電偶穿過電偶孔，測溫電偶的一端纏繞固定在金屬絲上，另一端留在對開式板還燒鑄模外；將電偶孔封閉； (2)向?qū)﹂_式板坯澆鑄模內(nèi)澆注精煉后的鎂合金熔體，制成鑲鑄有測溫電偶的鑄坯；將鑄坯連通測溫電偶從對開式板坯澆鑄模中取出，經(jīng)均勻化處理和表面銑切后獲得待軋制板坯； (3)將待軋制板坯置于設(shè)有輥道的加熱爐中，關(guān)閉加熱爐爐門，并將測溫電偶與加熱爐外的溫度數(shù)據(jù)記錄儀連接，溫度數(shù)據(jù)記錄儀與溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；當(dāng)待軋制板坯被加熱至預(yù)定的軋制溫度，開啟爐門并啟動輥道，將待軋制板坯傳送到軋機(jī)中進(jìn)行軋制；軋制時由溫度數(shù)據(jù)記錄儀和溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實(shí)時檢測并存儲待軋制板坯不同部位的溫度變化，并獲得從待軋制板坯加熱開始和軋制過程以及軋后整個過程中的溫度一時間曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，其特征在于澆注鎂合金熔體時的澆注溫度為66(T750°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，其特征在于進(jìn)行軋制時的道次變形量為5?85%，軋制速度在5?300m/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，其特征在于采用的澆鑄裝置包括對開式板坯澆鑄模，支架和金屬絲；對開式板坯澆鑄模的側(cè)壁上開設(shè)電偶孔，對開式板坯澆鑄模的澆注口上固定一個支架，將金屬絲的一端固定在支架上，金屬絲的另一端固定在對開式板坯澆鑄模的內(nèi)壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，其特征在于采用的軋制溫度檢測裝置包括設(shè)有輥道的加熱爐，溫度數(shù)據(jù)記錄儀、溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和軋機(jī)；設(shè)有輥道的加熱爐位于軋機(jī)的進(jìn)口一側(cè)并靠近軋機(jī)；溫度數(shù)據(jù)記錄儀和溫度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)位于軋機(jī)的出口一側(cè)；進(jìn)行軋制時測溫電偶穿過輥縫與溫度數(shù)據(jù)記錄儀連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的一種測量鎂合金軋制過程中溫度變化的方法，其特征在于在軋機(jī)出口處的輥縫下方設(shè)有隔熱板，隔熱板選用硅酸鋁板。
【文檔編號】B21B38/00GK104028562SQ201410244774
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】樂啟熾, 丁云鵬, 張志強(qiáng), 曹婧, 崔建忠 申請人:東北大學(xué)