鎂合金環件的鍛造成形方法

2023-06-18 16:41:21

鎂合金環件的鍛造成形方法
【專利摘要】本發明涉及鎂合金環件的鍛造成形方法，包括下料、坯料均勻化熱處理、鍛前坯料和模具的預處理、多向自由鍛預成形和模鍛終鍛成形等步驟，針對鎂合金環件成形過程複雜、鍛造成形易開裂等難題，採用多向自由鍛預成形結合模鍛終鍛成形、通過合理選擇鍛造溫度、壓下速率、變形量等工藝參數以及各工序之間的相互銜接和配合，成功製備出鎂合金鍛環。本發明無需擠壓開坯等輔助工序，在一臺液壓機上就可以完成鍛環的成形加工，生產效率高，環件尺寸精確、穩定性好，製備出的環件充型完整，無裂紋、折迭等缺陷，內部組織緻密。
【專利說明】鎂合金環件的鍛造成形方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鎂合金加工【技術領域】，特別涉及鎂合金環件的鍛造成形工藝方法。
【背景技術】
[0002]環件產品廣泛應用於航空航天、汽車、火車、船舶、機械、風力發電等眾多工業領域。環件材料目前通常採用鋼鐵和鋁合金。隨著航空航天和兵器工業等的發展，對材料輕量化的要求十分迫切。鎂合金是實際應用最輕的金屬結構材料，具有優於鋁合金和鋼的比強度和比剛度。用鎂合金製作環件產品，可有效地實現結構減重和提高承運能力。鍛造成形是規模化生產環件的主要方法之一，具有生產率高、鍛件形狀和尺寸穩定性好、內部組織緻密等優點。但是，由於環件不同部位的變形情況差異大、成形過程複雜，而鎂合金由於具有密排六方晶體結構、塑性變形加工能力差，加之對變形溫度和應變速率敏感，使得環件成形難度更大，容易產生開裂、充不滿、折迭等缺陷。目前，尚無鎂合金鍛環的研發報導。此外，雖然目前已經開發出鎂合金鍛造產品，但是通常均需採用擠壓開坯方式獲得鍛造坯料，然後再對其進行二次鍛造成形，增加了工序和工藝控制難度。這種狀況嚴重製約了變形鎂合金在相關領域的廣泛應用。因此，必須採用合理的鍛造工藝，才能製備出合格的鎂合金鍛環。

【發明內容】

[0003]針對現有技術存在的上述不足，本發明針對鎂合金環件成形過程複雜、鍛造成形易開裂等難題，提供一種生產效率高，操作簡單、工藝易於控制，產品質量穩定之製備鎂合金環件的鍛造成形工藝方法。
[0004]實現上述目的，本發明採取的技術方案是:鎂合金環件的鍛造成形方法，其特徵在於，包括以下步驟:
1)下料:將鎂合金鑄錠鋸切成料塊；料塊為正方體，料塊大小依環件尺寸、根據體積不變原則確定，其高與正方形底面邊長之比即高/邊比為0.8^1.2 ；
2)坯料均勻化熱處理:將上述料塊進行均勻化熱處理，以消除鑄造偏析，使組織均勻；
3)鍛前坯料和模具的預處理，包括:
a.表面潤滑:在模具型腔表面和坯料表面塗覆石墨潤滑劑，然後在空氣中自然乾燥；
b.預熱:對上下模具和平砧進行預熱，預熱溫度為24(T260°C;坯料預熱溫度為300~400。。，時間 5~IOmin ；
4)多向自由鍛預成形:對預熱的坯料採用多向自由鍛方式進行預成形；將坯料置於平砧上，沿坯料的三維正交面按X — Y — Z — X的順序進行反覆鍛壓，記每個面鍛壓一次為一個道次，共鍛壓4X (6或9)道次；其中，每道次變形量為6~10%，壓下速率為4.5^5.5mm/s,每道次終了溫度不低於25(T270°C，在每6或9道次後於30(T40(TC爐中回爐保溫5~IOmin ；多向自由鍛預成形完成後坯料空冷至室溫，並對坯料進行整平；
5)模鍛終鍛成形:將經多向自由鍛預成形的坯料於28(T380°C加熱5~10min，然後置於模具內進行終鍛成形；終鍛成形視道次壓下量分4飛個道次完成，壓下速率為4.5^5.5mm/s，其中除最後一道次外，各道次壓下量在18~32%範圍內、終了溫度不低於27(T280°C、在每道次後於28(T380°C爐中回爐保溫ClOmin，最後一道次壓下量為廣5% ;模鍛完成後空冷至室溫，得到環件產品。
[0005]相比現有技術，本發明具有以下有益效果:
1.本發明採用多向自由鍛預成形結合模鍛終鍛成形、通過合理選擇鍛造溫度、壓下速率、變形量等工藝參數以及各工序之間的相互銜接和配合，成功製備出鎂合金鍛環。
[0006]2.本發明無需擠壓開坯等輔助工序，在一臺液壓機上就可以完成鍛環的成形加工，設備投入少，成本低。[0007]3.本發明生產效率高，操作簡單、工藝易於控制，產品質量穩定，環件尺寸精確、製備出的環件充型完整，無裂紋、折迭等缺陷，內部組織緻密，組織性能均勻，使環件具有優良的力學性能。
【具體實施方式】
[0008]以下結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0009]實施例1:本實施例選用的鎂合金是半連續鑄造的AZ31鑄錠，環件的鍛造成形包括以下步驟:
O下料:將AZ31鎂合金鑄錠鋸切成正方體料塊，料塊大小依環件尺寸、根據體積不變原則確定，正方體高/邊比為1.1。
[0010]2)坯料均勻化熱處理:將AZ31鎂合金坯料置於電阻爐中進行均勻化熱處理，採用雙級均勻化熱處理制度，即300°C X2h+400°C X 12h，以儘可能消除鑄造偏析，使組織均勻；
均勻化後空冷至室溫。
[0011]3)鍛前坯料和模具的預處理，包括:
a.表面潤滑:在模具型腔表面和坯料表面塗覆石墨潤滑劑，所用石墨潤滑劑為:7%硼酸+17%亞硝酸鈉+5%石墨+餘量水(重量百分比),然後在空氣中自然乾燥。
[0012]b.預熱:對上下模具和平砧進行預熱，預熱溫度為250°C(達到250°C ±20即可)。其中，上下模具分別採用6根260W的電熱管進行加熱，利用溫控裝置進行溫度控制；平砧置於電阻爐中進行加熱。坯料置於設定溫度的電阻爐中進行預熱，預熱溫度為400°C、時間5min。
[0013]4)多向自由鍛預成形:對預熱的坯料採用多向自由鍛方式進行預成形。將坯料置於平砧上，沿坯料的三維正交面按X — Y — Z — X的順序進行反覆鍛壓，記每個面鍛壓一次為一個道次，共鍛壓36道次，在每9道次後將坯料於400°C爐中回爐保溫5min。其中，道次變形量為10%，壓下速率為5.4mm/s，每9道次後測得坯料溫度分別為276、273、274和270°C。多向自由鍛預成形完成後坯料空冷至室溫，並對坯料進行整平，去除存在的尖銳稜角。
[0014]5)模鍛終鍛成形:將經預鍛成形的坯料於380°C電阻爐中保溫lOmin，然後置於模具內進行終鍛成形。終鍛成形分4個道次完成，壓下速率為5mm/s，各道次壓下量分別為30%、30%、30%和2%，各道次終了溫度分別為294、286、290和291°C，在每道次後於380°C爐中回爐保溫5min。模鍛完成後空冷至室溫，得到環件產品。[0015]本實施例得到的鎂合金環件充型完整，無裂紋、折迭等缺陷。
[0016]實施例2:本實施例選用的鎂合金是半連續鑄造的AZ31鑄錠，環件的鍛造成形包括以下步驟:
O下料:將AZ31鎂合金鑄錠鋸切成正方體料塊，料塊大小依環件尺寸、根據體積不變原則確定，正方體高/邊比為1.02。
[0017]2)坯料均勻化熱處理:將AZ31鎂合金坯料置於電阻爐中進行均勻化熱處理，採用雙級均勻化熱處理制度，即300°C X2h+400°C X 12h，以儘可能消除鑄造偏析，使組織均勻；
均勻化後空冷至室溫。
[0018]3)鍛前坯料和模具的預處理，包括:
a.表面潤滑:在模具型腔表面和坯料表面塗覆石墨潤滑劑，所用石墨潤滑劑為:7%硼酸+17%亞硝酸鈉+5%石墨+餘量水(重量百分比),然後在空氣中自然乾燥。
[0019]b.預熱:對上下模具和平砧進行預熱，預熱溫度為260°C(達到260°C ±20即可)。其中，上下模具分別採用6根260W的電熱管進行加熱，利用溫控裝置進行溫度控制；平砧置於電阻爐中進行加熱。坯料置於設定溫度的電阻爐中進行預熱，預熱溫度為380°C、時間7min。
[0020]4)多向自由鍛預成形:對預熱的坯料採用多向自由鍛方式進行預成形。將坯料置於平砧上，沿坯料的三維正交面按X — Y — Z — X的順序進行反覆鍛壓，記每個面鍛壓一次為一個道次，共鍛壓36道次，在每9道次後將坯料於380°C爐中回爐保溫8min。其中，道次變形量為10%，壓下速率為5mm/s，每9道次後測得坯料溫度分別為265、262、258和260°C。多向自由鍛預成形完成後坯料空冷至室溫，並對坯料進行整平，去除存在的尖銳稜角。
[0021]5)模鍛終鍛成形:將經預鍛成形的坯料於350°C電阻爐中保溫5min，然後置於模具內進行終鍛成形。終鍛成形分5個道次完成，壓下速率為5.4mm/s，各道次壓下量分別為23%、18%、23%、23%和5%，各道次終了溫度分別為283、287、279、277和285°C，在每道次後於350°C爐中回爐保溫8min。模鍛完成後空冷至室溫，得到環件產品。
[0022]本實施例得到的鎂合金環件充型完整，無裂紋、折迭等缺陷。
[0023]實施例3:本實施例選用的鎂合金是半連續鑄造的AZ31鑄錠，環件的鍛造成形包括以下步驟:
O下料:將AZ31鎂合金鑄錠鋸切成正方體料塊，料塊大小依環件尺寸、根據體積不變原則確定，正方體高/邊比為0.9。
[0024]2)坯料均勻化熱處理:將AZ31鎂合金坯料置於電阻爐中進行均勻化熱處理，採用雙級均勻化熱處理制度，即300°C X2h+400°C X 12h，以儘可能消除鑄造偏析，使組織均勻；
均勻化後空冷至室溫。
[0025]3)鍛前坯料和模具的預處理，包括:
a.表面潤滑:在模具型腔表面和坯料表面塗覆石墨潤滑劑，所用石墨潤滑劑為:7%硼酸+17%亞硝酸鈉+5%石墨+餘量水(重量百分比),然後在空氣中自然乾燥。
[0026]b.預熱:對上下模具和平砧進行預熱，預熱溫度為240°C(達到240°C ±20即可)。其中，上下模具分別採用6根260W的電熱管進行加熱，利用溫控裝置進行溫度控制；平砧置於電阻爐中進行加熱。坯料置於設定溫度的電阻爐中進行預熱，預熱溫度為300°C、時間IOmin0[0027]4)多向自由鍛預成形:對預熱的坯料採用多向自由鍛方式進行預成形。將坯料置於平砧上，沿坯料的三維正交面按X — Y — Z — X的順序進行反覆鍛壓，記每個面鍛壓一次為一個道次，共鍛壓36道次，在每9道次後將坯料於300°C爐中回爐保溫lOmin。其中，道次變形量為10%，壓下速率為4.7mm/s，每9道次後測得坯料溫度分別為256、253、254和250°C。多向自由鍛預成形完成後坯料空冷至室溫，並對坯料進行整平，去除存在的尖銳稜角。
[0028]5)模鍛終鍛成形:將經預鍛成形的坯料於280°C電阻爐中保溫8min，然後置於模具內進行終鍛成形。終鍛成形分4個道次完成，壓下速率為4.5mm/s，各道次壓下量分別為32%、32%、32%和5%，各道次終了溫度分別為270、276、270和271°C，在每道次後於280°C爐中回爐保溫lOmin。模鍛完成後空冷至室溫，得到環件產品。
[0029]本實施例得到的鎂合金環件充型完整，無裂紋、折迭等缺陷。
[0030]需要說明的是，具體實施過程中，根據不同牌號的鎂合金採用相應的均勻化熱處理溫度和時間。例如對於ZK60合金，均勻化熱處理採用(26(T300°C) X (2^4 h) +(350^400°C) X (12~15h)。
【權利要求】
1.鎂合金環件的鍛造成形方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)下料:將鎂合金鑄錠鋸切成料塊；料塊為正方體，料塊大小依環件尺寸、根據體積不變原則確定，其高與正方形底面邊長之比即高/邊比為0.8^1.2 ； 2)坯料均勻化熱處理:將上述料塊進行均勻化熱處理，以消除鑄造偏析，使組織均勻； 3)鍛前坯料和模具的預處理，包括: a.表面潤滑:在模具型腔表面和坯料表面塗覆石墨潤滑劑，然後在空氣中自然乾燥； b.預熱:對上下模具和平砧進行預熱，預熱溫度為24(T260°C;坯料預熱溫度為30(T400°C，時間為 5~IOmin ； 4)多向自由鍛預成形:對預熱的坯料採用多向自由鍛方式進行預成形；將坯料置於平砧上，沿坯料的三維正交面按X — Y — Z — X的順序進行反覆鍛壓，記每個面鍛壓一次為一個道次，共鍛壓4X (6或9)道次；其中，每道次變形量為6~10%，壓下速率為4.5^5.5mm/s,每道次終了溫度不低於25(T270°C，在每6或9道次後於30(T40(TC爐中回爐保溫5~IOmin ；多向自由鍛預成形完成後坯料空冷至室溫，並對坯料進行整平； 5)模鍛終鍛成形:將經多向自由鍛預成形的坯料於28(T380°C加熱5~10min，然後置於模具內進行終鍛成形；終鍛成形視道次壓下量分4飛個道次完成，壓下速率為4.5^5.5mm/s，其中除最後一道次外，各道次壓下量在18~32%範圍內、終了溫度不低於27(T280°C、在每道次後於28(T380°C爐中回爐保溫ClOmin，最後一道次壓下量為廣5% ;模鍛完成後空冷至室溫，得到環件產品。
2.根據權利要求1所述鎂合金環件的鍛造成形方法，其特徵在於，所述步驟2)中，均勻化熱處理採用(28(T320°C) X (2~4 h) + (380^420°C) X (10~12h);根據不同牌號的鎂合金進行調整。
3.根據權利要求1所述鎂合金環件的鍛造成形方法，其特徵在於，所述石墨潤滑劑為:7%硼酸+17%亞硝酸鈉+5%石墨+餘量水(重量百分比)。
4.根據權利要求1所述鎂合金環件的鍛造成形方法，其特徵在於，所述步驟3)中第b步，對上下模具和平砧進行預熱，其中模具採用自身的電加熱裝置和溫控裝置進行加熱和溫度控制；平砧置於電阻爐中進行加熱。
【文檔編號】B21J5/02GK103736888SQ201410017565
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】張靜, 黃浩, 豆雨辰 申請人:重慶大學