本發(fā)明涉及鎂合金鍛件的制備方法，特指系一種組織均勻的大尺寸鎂合金鍛件的制備方法；屬于鎂合金材料壓力加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
鎂合金以其低密度、高比強(qiáng)度的顯著優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)以及電子工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在航空工業(yè)領(lǐng)域，隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鎂合金的需求也越來越大。目前鎂合金零件的制備主要通過以下幾種形式：(1)鑄造成形，通過重力鑄造、低壓鑄造等方式直接制備所需零件毛坯，然后進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工及熱處理來滿足使用要求，缺點(diǎn)在于鑄造合金的力學(xué)性能比較低，不適合有高強(qiáng)度需求的零件制造。(2)擠壓成型，通過熱擠壓的方式制備出型材，后續(xù)經(jīng)過焊接或鉚接制備零件，很難制備整體大型零部件。(3)軋制成型，主要制備板材，且零件的承載能力有限。(4)鍛造成型，尤其是結(jié)合模鍛成型的工藝，可制備大尺寸的零部件，并且所制備零件具有較好的力學(xué)性能，并且各向的性能均勻。目前航天航空工業(yè)對(duì)大尺寸高強(qiáng)鎂合金零部件的需求越來越多，大尺寸鎂合金的鍛件制備技術(shù)則顯得更加重要。在進(jìn)行鎂合金模鍛件制備時(shí)，一般需要先對(duì)錠坯進(jìn)行熱變形開坯，開坯方式主要有擠壓和自由鍛造，擠壓開坯適合制備尺寸較小的模鍛件，對(duì)于大尺寸模鍛件，一般采用鍛造開坯的方式制備模鍛坯料。對(duì)于大尺寸模鍛坯料制備而言則存在以下技術(shù)難點(diǎn)：(1)成型困難，由于鎂合金本身的塑性變形能力較差，加上大尺寸坯料變形時(shí)溫度分布不均勻，應(yīng)力分布不均等難點(diǎn)，鍛造時(shí)很容易開裂失效，目前通過各種工藝制度的優(yōu)化和控制，已經(jīng)能夠制備出直徑達(dá)到800mm的大型鎂合金鍛坯。(2)組織不均勻?qū)е碌男阅懿痪鶆颍捎阪V合金單向壓縮鍛造時(shí)，不可避免的存在“難變形區(qū)、易變形區(qū)和自由變形區(qū)”，這三個(gè)區(qū)域由于變形量不同，鍛造后在晶粒大小、形態(tài)上存在非常大的區(qū)別，導(dǎo)致其力學(xué)性能也差異較大。特別是難變形區(qū)，由于鍛造時(shí)砧板和坯料間的摩擦作用，該區(qū)域金屬流動(dòng)非常困難，即使整體變形量達(dá)到80％，但該區(qū)域仍然保持不變形。為了解決鍛造組織的不均勻性，目前常采用的方法有：(1)多向鍛造，通過改變鍛造方向來實(shí)現(xiàn)組織的均勻，該方法主要適用于方形坯料鍛造，不適用于直徑較大，厚度較小的餅狀坯料。(2)墩粗+小變形橫向碾壓，可以避免自由變形區(qū)開裂的問題，以及保證自由變形區(qū)和易變形區(qū)組織均勻性。但是以上兩種方法都無法避免砧板和坯料接觸區(qū)域難變形區(qū)組織不均勻性問題。雖然難變形區(qū)可以通過對(duì)鍛餅的后續(xù)機(jī)加工車削去除，但是這樣導(dǎo)致車削加工量大，材料利用率低，而且需要預(yù)先制備尺寸更大的餅坯，才能滿足切削后模鍛坯料的尺寸要求。本發(fā)明通過二次翻邊組合鍛造的方式，將難變形區(qū)變?yōu)橐鬃冃螀^(qū)，消除了鍛造后由于難變形區(qū)引起的晶粒尺寸、形態(tài)不均勻，提高了鍛餅整體組織和性能的均勻性，同時(shí)減少后續(xù)的車削加工，提高了材料的利用率。另外組合鍛造的方式時(shí)高徑比增加，降低了鍛造時(shí)的變形抗力，提高了設(shè)備的加工能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝簡單，加工技術(shù)合理，能夠大幅度提高大尺寸鎂合金鍛餅各區(qū)域組織均勻性的鍛造方法。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，包括下述步驟：取兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯作為一組，將兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯分別加熱到400℃～420℃，保溫2～3小時(shí)后，將兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯疊置，構(gòu)成第一組坯料，對(duì)第一組坯料進(jìn)行一級(jí)熱鍛；或?qū)蓧K鎂合金預(yù)鍛餅坯疊置，構(gòu)成第一組坯料后，加熱到400℃～420℃，保溫2～3小時(shí)，對(duì)第一組坯料進(jìn)行一級(jí)熱鍛；一級(jí)熱鍛結(jié)束后，將第一組坯料中的兩塊鎂合金分開，并將每一塊鎂合金翻轉(zhuǎn)180度，重新疊置，使第一組坯料中與鍛錘及鍛墩接觸的鎂合金預(yù)鍛餅坯表面相互接觸，構(gòu)成第二組坯料，對(duì)第二組坯料進(jìn)行二級(jí)熱鍛，然后，將第二組坯料中的兩塊鎂合金分開，得到兩個(gè)鎂合金鍛餅，鍛餅直徑達(dá)到600-1200mm。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，進(jìn)行二級(jí)熱鍛前，先將第二組坯料加熱到400℃～420℃，保溫20～30分鐘。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，一級(jí)熱鍛或二級(jí)熱鍛的鍛造速度均為10～15mm/s，變形量均為15％～20％。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯的直徑相近、厚度相當(dāng)，且兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯的直徑差≤20mm，厚度差≤10mm。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯的直徑均為500～800mm，厚度均為150～180mm。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，兩塊鎂合金預(yù)鍛餅坯采用常規(guī)單向熱壓縮鍛造的方法制備，鍛造溫度為400℃～420℃，鍛造速度為15～20mm/s，變形量為60％～75％。本發(fā)明一種提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性的鍛造方法，兩次組合鍛造后的鍛坯的各位置晶粒形態(tài)和晶粒大小均勻一致，不存在難變形與自由變形區(qū)晶粒不均勻的現(xiàn)象。本發(fā)明由于采用上述工藝方法，可制備組織均勻的大尺寸鎂合金鍛餅，可直接用于機(jī)加工制備零件，也可為后續(xù)模鍛提供組織均勻的優(yōu)良坯料。在一級(jí)熱鍛過程中，將兩塊預(yù)鍛餅坯疊置，使兩塊預(yù)鍛餅坯之間的接觸面由采用現(xiàn)有技術(shù)鍛造時(shí)的難變形區(qū)，變?yōu)橐鬃冃螀^(qū)，使其發(fā)生變形，細(xì)化晶粒，翻面后的二級(jí)熱鍛，將一級(jí)熱鍛過程中與鍛錘及鍛墩接觸的面相互接觸，其接觸面轉(zhuǎn)變?yōu)橐鬃冃螀^(qū)，而一級(jí)熱鍛過程中相互接觸疊置、已經(jīng)發(fā)生變形的面，在二級(jí)熱鍛時(shí)則與鍛錘及鍛墩接觸，變成難變形區(qū)，在二級(jí)熱鍛時(shí)不繼續(xù)發(fā)生變形，兩次熱鍛后的鍛坯的各位置晶粒形態(tài)和晶粒大小均勻一致，不存在難變形與自由變形區(qū)晶粒不均勻的現(xiàn)象，最終使整體保持組織均勻，兩次熱鍛過程如附圖1所示。本發(fā)明利用塑性加工原理中單向壓縮過程中金屬的流動(dòng)規(guī)律，將傳統(tǒng)鍛造過程中產(chǎn)生的難變形區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)橐鬃冃螀^(qū)，組合后的整體變形過程符合塑性加工的基本原理。根據(jù)塑性加工原理中影響鍛造時(shí)變形力的因素可以發(fā)現(xiàn)，單塊坯料鍛造時(shí)，由于餅狀鍛件的直徑遠(yuǎn)大于其厚度(約8～10倍)，那么鍛件和砧板的摩擦力增大，坯料的易變形區(qū)域減小，鍛造使需要的變形力迅速增加，當(dāng)兩塊坯料組合鍛造，使整體鍛件的高徑比增加，也就相當(dāng)于增加了易變形區(qū)域的大小，鍛造時(shí)的變形力降低，變形更容易進(jìn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：解決了大尺寸鎂合金鍛餅在鍛造過程中由于難變形區(qū)的存在而導(dǎo)致的餅坯整體組織不均勻性，減小了后續(xù)的切削加工量，提高了材料的利用率，同時(shí)降低了鍛造時(shí)的變形力，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。鍛造過程中工藝簡單，無需對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行任何改造，得到的鍛餅組織和性能均勻，并且可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。綜上所述，本發(fā)明為提高大尺寸鎂合金鍛餅組織均勻性提供了一條簡單高效的有效途徑。附圖說明：附圖1為常規(guī)方式鍛造后根據(jù)組織不均勻性的三個(gè)分區(qū)示意圖。附圖2為兩次組合鍛造過程示意圖。附圖3為實(shí)施例3合金鍛造后的宏觀形貌。附圖4為實(shí)施例3合金鍛造后鍛餅表面附近的金相組織。附圖5為實(shí)施例3合金鍛造后鍛餅中心部位的金相組織。附圖6為采用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)實(shí)施例3的合金鍛造后鍛餅表面附近的金相組織。附圖7為采用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)實(shí)施例3合金鍛造后鍛餅中心部位的金相組織。圖1中，1表示難變形區(qū)，2表示自有變形區(qū)，3表示易變形區(qū)；圖2中，第一次鍛造時(shí)，兩個(gè)預(yù)鍛餅坯的“1反”和“2正”兩個(gè)區(qū)域本來為難變形區(qū)，組合后變?yōu)榻M合體的易變形區(qū)，“1正”和“2反”區(qū)域仍然為難變形區(qū)，一次鍛造過程，消除了“1反”和“2正”區(qū)域的難變形組織，使其變?yōu)橐鬃冃螀^(qū)組織；第一次組合鍛造結(jié)束后，分別轉(zhuǎn)180度后進(jìn)行第二次組合鍛造，“1正”和“2反”兩個(gè)區(qū)域本來為難變形區(qū)，組合后變?yōu)榻M合體的易變形區(qū)，二次鍛造過程，消除了“1正”和“2反”區(qū)域的難變形組織，經(jīng)過兩次組合鍛造，兩塊坯料中的難變形區(qū)均消失；圖3中，實(shí)施例3合金鍛造后，鍛坯直徑為1000mm，厚度為115mm；從圖4、圖5可見，采用本方法鍛造的鍛餅，由于在工藝上避免了表面附近和中心部位變形的均勻的情況，最終鍛餅各部位的晶粒大小均勻。從圖6、圖7可見由于傳統(tǒng)鍛造方法難變形區(qū)在鍛造過程中基本不發(fā)生變形，保持變形前組織特征，而變形更集中于易變性區(qū)，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法鍛造的鍛餅表面附近的難變形區(qū)與心部易變形區(qū)晶粒大小不均勻的現(xiàn)象。具體實(shí)施方式：實(shí)施例1采用常規(guī)單向熱壓縮鍛造的方法，在410℃±10℃溫度條件下，以速度為20mm/s的條件對(duì)直徑為300mm，高度為500mm的AZ80鎂合金圓柱鑄錠，經(jīng)2火鍛造至直徑為500mm，厚度為180mm的鍛餅，變形量為64％。鍛造前在410℃±10℃的電阻爐中保溫12小時(shí)。鍛造過程為避免鼓肚開裂，第一火和第二火鍛造結(jié)束時(shí)，采取小變形壓邊鍛造的方法對(duì)鍛餅鼓肚部分進(jìn)行壓縮變形，變形量為15％～18％。按照相同的工藝條件鍛造同樣尺寸的鍛餅共兩塊。分別標(biāo)記為1號(hào)和2號(hào)，并對(duì)兩個(gè)鍛餅的正反面分別標(biāo)記“1正”、“1反”、“2正”、“2反”。將2塊經(jīng)過標(biāo)記的鍛餅放入410±10℃的電阻爐中保溫2小時(shí)。保溫結(jié)束，將兩塊坯料從電阻爐中取出，按照“1正1反2正2反”疊放后在油壓機(jī)上進(jìn)行整體壓縮變形，壓縮速度為15mm/s，共壓縮60mm，變形為16.6％。第一次組合鍛造后兩塊鍛餅的直徑為550mm，厚度為150mm。將第一次組合鍛造的兩塊餅坯放入410±10℃的電阻爐中保溫20分鐘后取出，按照“1反1正2反2正”的順序疊放后進(jìn)行二次整體組合鍛造，壓縮速度為12mm/s，共壓縮50mm，變形為16.6％。第二次組合鍛造后兩塊鍛餅的直徑為600mm，厚度為125mm，二次鍛造后空冷。實(shí)施例2采用常規(guī)單向熱壓縮鍛造的方法，在410℃±10℃溫度條件下，以速度為18mm/s的條件對(duì)直徑為350mm，高度為640mm的AZ80鎂合金圓柱鑄錠，經(jīng)2火鍛造至直徑為700mm，厚度為160mm的鍛餅，變形量為75％。鍛造前在410℃±10℃的電阻爐中保溫18小時(shí)。鍛造過程為避免鼓肚開裂，第一火和第二火鍛造結(jié)束時(shí)，采取小變形壓邊鍛造的方法對(duì)鍛餅鼓肚部分進(jìn)行壓縮變形，變形量為15％～18％。按照相同的工藝條件鍛造同樣尺寸的鍛餅共兩塊。分別標(biāo)記為1號(hào)和2號(hào)，并對(duì)兩個(gè)鍛餅的正反面分別標(biāo)記“1正”、“1反”、“2正”、“2反”。將2塊經(jīng)過標(biāo)記的鍛餅放入410±10℃的電阻爐中保溫2.5小時(shí)。保溫結(jié)束，將兩塊坯料從電阻爐中取出，按照“1正1反2正2反”疊放后在油壓機(jī)上進(jìn)行整體壓縮變形，壓縮速度為12mm/s，共壓縮50mm，變形為15.6％。第一次組合鍛造后兩塊鍛餅的直徑為760mm，厚度為135mm。將第一次組合鍛造的兩塊餅坯放入410±10℃的電阻爐中保溫25分鐘后取出，按照“1反1正2反2正”的順序疊放后進(jìn)行二次整體組合鍛造，壓縮速度為15mm/s，共壓縮50mm，變形為18.5％。第二次組合鍛造后兩塊鍛餅的直徑為845mm，厚度為110mm，二次鍛造后空冷。實(shí)施例3采用常規(guī)單向熱壓縮鍛造的方法，在410℃±10℃溫度條件下，以速度為15mm/s的條件對(duì)直徑為400mm，高度為720mm的AZ80鎂合金圓柱鑄錠，經(jīng)2火鍛造至直徑為800mm，厚度為180mm的鍛餅，變形量為75％。鍛造前在410℃±10℃的電阻爐中保溫18小時(shí)。鍛造過程為避免鼓肚開裂，第一火和第二火鍛造結(jié)束時(shí)，采取小變形壓邊鍛造的方法對(duì)鍛餅鼓肚部分進(jìn)行壓縮變形，變形量為15％～18％。按照相同的工藝條件鍛造同樣尺寸的鍛餅共兩塊。分別標(biāo)記為1號(hào)和2號(hào)，并對(duì)兩個(gè)鍛餅的正反面分別標(biāo)記“1正”、“1反”、“2正”、“2反”。將2塊經(jīng)過標(biāo)記的鍛餅放入410±10℃的電阻爐中保溫2.5小時(shí)。保溫結(jié)束，將兩塊坯料從電阻爐中取出，按照“1正1反2正2反”疊放后在油壓機(jī)上進(jìn)行整體壓縮變形，壓縮速度為15mm/s，共壓縮70mm，變形為19.5％。第一次組合鍛造后兩塊鍛餅的直徑為890mm，厚度為145mm。將第一次組合鍛造的兩塊餅坯放入410±10℃的電阻爐中保溫30分鐘后取出，按照“1反1正2反2正”的順序疊放后進(jìn)行二次整體組合鍛造，壓縮速度為15mm/s，共壓縮60mm，變形為20％。第二次組合鍛造后兩塊鍛餅的直徑為1000mm，厚度為115mm，二次鍛造后空冷。附表1為實(shí)施例3合金鍛造后鍛餅表面附近和中心部位的力學(xué)性能。表1取樣位置抗拉強(qiáng)度(MPa)屈服強(qiáng)度(MPa)伸長率(％)表面位置3091797.68心部位置3041837.39從表1的數(shù)據(jù)并結(jié)合附圖4、5，可以看出：由于采用本發(fā)明制備的鍛餅表面位置和心部位置晶粒大小均勻，使得這兩個(gè)位置的強(qiáng)度和伸長率基本一致，避免了傳統(tǒng)工藝制備的鍛餅各位置性能差異較大的缺點(diǎn)。