一種中強(qiáng)耐熱鎂合金模鍛件成形工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種中強(qiáng)耐熱鎂合金模鍛件成形工藝。合金質(zhì)量百分成分為:Al:7.5～9.0%，Ag:0.02～0.80%，Zn:0.35～0.55%，Mn:0.05～0.20%，RE:0.01～0.10%，Ca:0.001～0.020%，其余為Mg及不可去除雜質(zhì)元素，采用半連續(xù)鑄造合金鑄錠；對(duì)鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火；退火后進(jìn)行多向變溫鍛造，溫度為350～410℃，每火次變形后退火溫度降低10~20℃；多向變溫鍛造后進(jìn)行等溫模鍛，溫度為350～400℃；模鍛件在170~200℃時(shí)效20~30h。本發(fā)明制備的鎂合金模鍛件時(shí)效后室溫抗拉強(qiáng)度≥360MPa，屈服強(qiáng)度≥255MPa，伸長(zhǎng)率≥7%。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種中強(qiáng)耐熱鎂合金模鍛件成形工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金鍛造成形領(lǐng)域，具體涉及一種Mg-Al-Ag系鎂合金模鍛件多向變溫鍛造開(kāi)坯和等溫模鍛成形領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減震性能和電磁屏蔽性能好、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、交通運(yùn)輸、電子信息等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。鎂合金應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，可大大提高飛行器運(yùn)載能力。因此，大力研究和開(kāi)發(fā)鎂合金加工及應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于充分發(fā)揮我國(guó)鎂資源優(yōu)勢(shì)，提升我國(guó)國(guó)際地位有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。目前大尺寸高性能鎂合金結(jié)構(gòu)件的加工制備仍存在以下技術(shù)瓶頸:合金強(qiáng)度偏低、耐蝕性不好、加工塑性較差，大規(guī)格高品質(zhì)高性能錠坯制備困難，變形中由于溫度不均勻存在嚴(yán)重的各向異性等?，F(xiàn)階段我國(guó)變形鎂合金材料的研制仍處于起步階段，高性能鎂合金主要依靠進(jìn)口，因此，研發(fā)鎂合金成形加工新技術(shù)和新工藝具有十分重要的意義。
[0003]本發(fā)明在新合金成分基礎(chǔ)上采用大爐熔煉和半連續(xù)鑄造法制備大規(guī)格鎂合金鑄錠。采用多向變溫鍛造開(kāi)坯和等溫模鍛成形，通過(guò)調(diào)整多向鍛造溫度、鍛造方向及道次變形量，等溫模鍛溫度、加載速度等參數(shù)，制備出一種中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫模鍛件。等溫模鍛件晶粒細(xì)小、組織均勻、各向異性小，具有較好的綜合性能。本發(fā)明填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫鍛件成形技 術(shù)的空白，對(duì)大規(guī)格高性能鎂合金等溫模鍛件的成形具有重要指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是研發(fā)一種中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫模鍛件的成形工藝，獲得組織均勻、綜合性能優(yōu)異的鎂合金等溫模鍛件。中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫模鍛件的成形工藝如下。
[0005]1.半連續(xù)鑄造:采用大爐熔煉熔化合金原料，半連續(xù)鑄造法制備出Φ (300~500) X (600^800) mm 的鑄錠，其化學(xué)成分(wt.%)為:Al 7.5 ~9.0%、Ag 0.02 ~
0.80%、Zn 0.35 ~0.55%、Mn 0.05 ~0.20%、RE 0.01 ~0.10%、Ca 0.001 ~0.020%,Fe≤0.02%、Si≤0.05%、Cu≤0.02%、Ni≤0.001%，其余為Mg。錠坯組織均勻細(xì)小，鑄造缺陷少。
[0006]2.均勻化退火:為了減小鑄錠成分偏析，避免錠坯退火時(shí)出現(xiàn)過(guò)燒，對(duì)鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火。鑄錠在250~300°C保溫10~12h后，升溫至380~410°C保溫20~30h，空冷。
[0007]3.多向變溫鍛造:退火后對(duì)錠坯進(jìn)行鐓拔式多向變溫鍛造，鍛造溫度為35(T410°C，鍛前將錠坯加熱到40(T410°C，再進(jìn)行2~4道次多向鍛造變形，接著進(jìn)行一次回爐退火，每火次變形后退火溫度降低1(T20°C。多向鍛造的壓下速度200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~40%，拔長(zhǎng)道次壓下量5~10%，上下砧板溫度200~250°C。錠坯進(jìn)行2~3火次多向變溫鍛造獲得尺寸為(600~800) X (300^500) X (200^300)mm的坯料。[0008]4.等溫模鍛:多向鍛造的坯料機(jī)加工成(400~600) X (300~500) X (120~250)mm的預(yù)鍛坯，等溫模鍛前鍛坯于感應(yīng)電阻爐中35(T400°C保溫2飛h，為了減小摩擦的影響，提高合金流動(dòng)性，鍛前在工件表面涂刷潤(rùn)滑劑。鍛坯在4000t數(shù)控等溫鍛造機(jī)下進(jìn)行等溫模鍛，模鍛溫度為35(T400°C，壓下速度為0.002、.05mm/s，等溫模鍛件終尺寸為(450~650)X (300~450)X (200^350)mm0
[0009]5.時(shí)效熱處理:等溫模鍛件在17(T200°C時(shí)效處理2(T30h，模鍛件時(shí)效后不同部位的室溫抗拉強(qiáng)度≥360MPa，屈服強(qiáng)度≥255MPa，伸長(zhǎng)率≥7%。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于。
[0011](1) 大尺寸鎂合金鍛造成形性較差，變形過(guò)程中易開(kāi)裂，且變形很不均勻，具有嚴(yán)重的各向異性。本發(fā)明采用鐓拔式多向變溫鍛造開(kāi)坯，錠坯2~4道次多向鐓粗拔長(zhǎng)后回爐退火，經(jīng)過(guò)2~3火次變形后獲得組織均勻、晶粒細(xì)小的預(yù)鍛坯。多向鍛造的坯料在350-400°C進(jìn)行等溫模鍛，模鍛速度為0.002~0.05mm/s。整個(gè)成形過(guò)程中溫度基本恒定，金屬流動(dòng)十分均勻，減小了溫度不均勻等引起的各向異性。模鍛件時(shí)效后不同部位的室溫抗拉強(qiáng)度≥360MPa，屈服強(qiáng)度≥255MPa，伸長(zhǎng)率≥7%。
[0012](2)采用鐓拔式多向變溫鍛造開(kāi)坯，道次變形過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)，不斷改變鍛壓方向，有效抑制了鍛造變形不均勻性和顯著細(xì)化晶粒。每火次變形后不斷降低退火溫度，可防止熱變形晶粒粗化。
[0013](3)等溫模鍛在4000t等溫鍛造機(jī)上進(jìn)行，模鍛過(guò)程中采用環(huán)形加熱爐對(duì)模具和坯料進(jìn)行保溫加熱，使模具和坯料的溫度基本保持不變，能克服溫度不均勻造成的各向異性。本發(fā)明通過(guò)大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)確定鎂合金等溫模鍛的最佳溫度為35(T400°C，模鍛下壓速度為 0.002~0.05mm/so
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為多向鍛造后坯料機(jī)加成的預(yù)鍛坯，尺寸為(400~600) X (300^500) X(120~250)mm。
[0015]圖2為等溫模鍛成形件，尺寸為(450~650) X (300^450) X (200~350)臟。
[0016]圖3為等溫模鍛件時(shí)效處理后不同部位室溫拉伸取樣的位置分布圖。
[0017]本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)成形工藝參數(shù)，做了大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思前提下對(duì)本發(fā)明工藝進(jìn)行改進(jìn)，都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:首先大爐熔煉熔化合金原料，半連續(xù)鑄造出Φ380Χ700πιπι的鑄錠(化學(xué)成分(wt.%)為:Al 7.5 ~9.0%、Ag 0.02 ~0.80%,Zn 0.35 ~0.55%、Mn 0.05 ~0.20%、RE 0.01 ~0.10%,Ca 0.001 ~0.020%, Fe ≤ 0.02%,Si≤0.05%,Cu ≤0.02%,Ni ≤ 0.001%,
其余為Mg)。對(duì)鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火，退火工藝為:270°C保溫12h，升溫至400°C保溫30h。鑄錠在400-41℃保溫14h后進(jìn)行鐓拔式多向變溫鍛造，經(jīng)3道次的鐓粗拔長(zhǎng)多向鍛造后回爐退火。多向鍛造的壓下速度為200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長(zhǎng)道次壓下量5~8%，上下砧板溫度240~250°C。錠坯進(jìn)行3火次多向變溫鍛造后獲得660 X 435 X 230mm的坯料。多向鍛造的坯料機(jī)加工成尺寸為450 X 350 X 160mm預(yù)鍛坯，鍛前鍛坯在360°C保溫4h，再在4000t等溫鍛造機(jī)下進(jìn)行等溫模鍛，模鍛溫度為360°C，壓下速度為0.002~0.05mm/s，等溫模鍛件尺寸為565 X 370 X 260mm。等溫模鍛件在185°C時(shí)效28h后室溫力學(xué)性能見(jiàn)表1。
[0019]實(shí)施例2:首先大爐熔煉熔化合金原料，半連續(xù)鑄造出Φ380Χ700πιπι的鑄錠(化學(xué)成分(wt.%)為:Al 7.5 ~9.0%、Ag 0.02 ~0.80%,Zn 0.35 ~0.55%、Mn 0.05 ~0.20%、RE 0.01 ~0.10%,Ca 0.001 ~0.020%, Fe ( 0.02%,Si ( 0.05%,Cu ( 0.02%,Ni ( 0.001%,
其余為Mg)。對(duì)鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火，退火工藝為:270°C保溫12h后升溫至400°C保溫30h。鑄錠在40(T41(TC保溫14h后進(jìn)行鐓拔式多向變溫鍛造，經(jīng)3道次的鐓粗拔長(zhǎng)多向變形后回爐退火。多向鍛造的壓下速度為200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長(zhǎng)道次壓下量5~8%，上下砧板溫度240~250°C。錠坯進(jìn)行3火次多向變溫鍛造后獲得664X 436 X 228mm的坯料。多向鍛造的坯料機(jī)加工成尺寸為450 X 350 X 160mm預(yù)鍛坯，鍛前鍛坯在380°C保溫4h，再在4000t等溫鍛造機(jī)下進(jìn)行等溫模鍛，模鍛溫度為380°C，壓下速度為0.002~0.05mm/s，等溫模鍛件尺寸為562 X 368 X 265mm。等溫模鍛件在185°C時(shí)效28h后室溫力學(xué)性能見(jiàn)表1。
[0020]實(shí)施例3:首先大爐熔煉熔化合金原料，半連續(xù)鑄造出Φ 380 X 700mm的鑄錠(化學(xué)成分(wt.%)為:Al 7.5 ~9.0%、Ag 0.02 ~0.80%,Zn 0.35 ~0.55%、Mn 0.05 ~0.20%、RE 0.01 ~0.10%,Ca 0.001 ~0.020%, Fe ( 0.02%,Si ( 0.05%,Cu ( 0.02%,Ni ( 0.001%,
其余為Mg)。對(duì)鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火，退火工藝為:270°C保溫12h后升溫至400°C保溫30h。鑄錠在40(T41(TC保溫14h后進(jìn)行鐓拔式多向變溫鍛造，經(jīng)3道次的鐓粗拔長(zhǎng)多向變形后回爐退火。多向鍛造的壓下速度為200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長(zhǎng)道次壓下量5~8%，上下砧板溫度240~250°C。錠坯進(jìn)行3火次多向變溫鍛造后獲得658 X 438 X 232mm的坯料。多向鍛造的坯料機(jī)加工成尺寸為450 X 350 X 160mm預(yù)鍛坯，鍛前鍛坯在390°C保溫4h，再在4000t等溫鍛造機(jī)下進(jìn)行等溫模鍛，模鍛溫度為390°C，壓下速度為0.002~0.05mm/s，等溫模鍛件尺寸為566 X 364X 265mm。等溫模鍛件在185°C時(shí)效28h后室溫力學(xué)性能見(jiàn)表1。
[0021]表1模鍛件時(shí)效處理后室溫力學(xué)性能
【權(quán)利要求】
1.一種中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫模鍛件成形工藝，合金質(zhì)量百分成分為:Al 7.5~9.0%、Ag 0.02 ~0.80%、Zn 0.35 ~0.55%、Mn 0.05 ~0.20%、RE 0.01 ~0.10%、Ca 0.001 ~0.020%, Fe ^ 0.02%,Si ^ 0.05%,Cu ^ 0.02%,Ni ^ 0.001%，其余為 Mg，其特征在于:采用大爐熔煉和半連續(xù)鑄造合金鑄錠；對(duì)鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火；退火后的坯料進(jìn)行鐓拔式多向變溫鍛造，初始鍛造溫度為350~410°C，坯料進(jìn)行2~4道次鐓粗拔長(zhǎng)多向鍛造后回爐退火，每火次變形后退火溫度降低1(T20°C，多向鍛造的壓下速度200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~40%，拔長(zhǎng)道次壓下量5~10%，上下砧板溫度200~250°C;多向鍛造的坯料再進(jìn)行等溫模鍛獲得模鍛件，模鍛溫度為350~400°C，鍛壓速度為0.002、.lmm/s ;對(duì)模鍛件進(jìn)行時(shí)效熱處理，工藝為17(T200°C /2(T30h ;模鍛件時(shí)效處理后室溫抗拉強(qiáng)度> 360MPa,屈服強(qiáng)度≥255MPa，伸長(zhǎng)率≥7%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫模鍛件成形工藝，其特征在于:對(duì)鎂合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火，其工藝為250~300°C保溫10~12h后升溫至380~410°C保溫20~30h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)耐熱鎂合金鍛件成形工藝，其特征在于:坯料進(jìn)行2~3道次鐓粗拔長(zhǎng)多向鍛造后進(jìn)行一次回爐退火，退火工藝為370~410°C保溫5~16h，每火次變形后退火溫度降低1(T2(TC，經(jīng)過(guò)2~3火次變形后鍛造成(600-800) X (400^600)X (200^300) mm 的坯料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)耐熱鎂合金等溫模鍛件成形工藝，其特征在于:多向變溫鍛造的壓下速度250~350mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長(zhǎng)道次壓下量5~10%，上下砧板溫度220~250°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)耐熱鎂合金鍛件的成形工藝，其特征在于:多向變溫鍛造的坯料機(jī)加工成預(yù)鍛方坯，在4000噸數(shù)控等溫鍛造機(jī)下進(jìn)行等溫模鍛，模鍛溫度為35(T400°C，壓下速度為0.002~0.05mm/s，變形力為3800~4000噸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)耐熱鎂合金鍛件成形工藝，其特征在于:等溫模鍛件時(shí)效處理工藝為175~190°C /24~28h，時(shí)效處理后模鍛件室溫抗拉強(qiáng)度≥360MPa，屈服強(qiáng)度≥255MPa，伸長(zhǎng)率≥7%。
【文檔編號(hào)】B23P23/04GK103786031SQ201410021996
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】劉楚明, 孫偉兵, 雷義民, 蘆玉波, 易幼平, 楊續(xù)躍 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所