一種中強耐熱鎂合金模鍛件成形工藝的製作方法

2023-05-28 11:49:56

一種中強耐熱鎂合金模鍛件成形工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種中強耐熱鎂合金模鍛件成形工藝。合金質量百分成分為: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%，其餘為Mg及不可去除雜質元素，採用半連續鑄造合金鑄錠；對鑄錠進行雙級均勻化退火；退火後進行多向變溫鍛造，溫度為350～410℃，每火次變形後退火溫度降低10~20℃；多向變溫鍛造後進行等溫模鍛，溫度為350～400℃；模鍛件在170~200℃時效20~30h。本發明製備的鎂合金模鍛件時效後室溫抗拉強度≥360MPa，屈服強度≥255MPa，伸長率≥7%。
【專利說明】一種中強耐熱鎂合金模鍛件成形工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及鎂合金鍛造成形領域，具體涉及一種Mg-Al-Ag系鎂合金模鍛件多向變溫鍛造開坯和等溫模鍛成形領域。
【背景技術】
[0002]鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、阻尼減震性能和電磁屏蔽性能好、資源豐富等優點，在航空航天、交通運輸、電子信息等領域擁有廣闊的應用前景。鎂合金應用於航空航天領域，可大大提高飛行器運載能力。因此，大力研究和開發鎂合金加工及應用技術，對於充分發揮我國鎂資源優勢，提升我國國際地位有深遠的戰略意義。目前大尺寸高性能鎂合金結構件的加工製備仍存在以下技術瓶頸:合金強度偏低、耐蝕性不好、加工塑性較差，大規格高品質高性能錠坯製備困難，變形中由於溫度不均勻存在嚴重的各向異性等。現階段我國變形鎂合金材料的研製仍處於起步階段，高性能鎂合金主要依靠進口，因此，研發鎂合金成形加工新技術和新工藝具有十分重要的意義。
[0003]本發明在新合金成分基礎上採用大爐熔煉和半連續鑄造法製備大規格鎂合金鑄錠。採用多向變溫鍛造開坯和等溫模鍛成形，通過調整多向鍛造溫度、鍛造方向及道次變形量，等溫模鍛溫度、加載速度等參數，製備出一種中強耐熱鎂合金等溫模鍛件。等溫模鍛件晶粒細小、組織均勻、各向異性小，具有較好的綜合性能。本發明填補了國內中強耐熱鎂合金等溫鍛件成形技 術的空白，對大規格高性能鎂合金等溫模鍛件的成形具有重要指導意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是研發一種中強耐熱鎂合金等溫模鍛件的成形工藝，獲得組織均勻、綜合性能優異的鎂合金等溫模鍛件。中強耐熱鎂合金等溫模鍛件的成形工藝如下。
[0005]1.半連續鑄造:採用大爐熔煉熔化合金原料，半連續鑄造法製備出Φ (300~500) X (600^800) mm 的鑄錠，其化學成分(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%，其餘為Mg。錠坯組織均勻細小，鑄造缺陷少。
[0006]2.均勻化退火:為了減小鑄錠成分偏析，避免錠坯退火時出現過燒，對鑄錠進行雙級均勻化退火。鑄錠在250~300°C保溫10~12h後，升溫至380~410°C保溫20~30h，空冷。
[0007]3.多向變溫鍛造:退火後對錠坯進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，再進行2~4道次多向鍛造變形，接著進行一次回爐退火，每火次變形後退火溫度降低1(T20°C。多向鍛造的壓下速度200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~40%，拔長道次壓下量5~10%，上下砧板溫度200~250°C。錠坯進行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:多向鍛造的坯料機加工成(400~600) X (300~500) X (120~250)mm的預鍛坯，等溫模鍛前鍛坯於感應電阻爐中35(T400°C保溫2飛h，為了減小摩擦的影響，提高合金流動性，鍛前在工件表面塗刷潤滑劑。鍛坯在4000t數控等溫鍛造機下進行等溫模鍛，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.時效熱處理:等溫模鍛件在17(T200°C時效處理2(T30h，模鍛件時效後不同部位的室溫抗拉強度≥360MPa，屈服強度≥255MPa，伸長率≥7%。
[0010]本發明的優點在於。
[0011](1) 大尺寸鎂合金鍛造成形性較差，變形過程中易開裂，且變形很不均勻，具有嚴重的各向異性。本發明採用鐓拔式多向變溫鍛造開坯，錠坯2~4道次多向鐓粗拔長後回爐退火，經過2~3火次變形後獲得組織均勻、晶粒細小的預鍛坯。多向鍛造的坯料在350-400°C進行等溫模鍛，模鍛速度為0.002~0.05mm/s。整個成形過程中溫度基本恆定，金屬流動十分均勻，減小了溫度不均勻等引起的各向異性。模鍛件時效後不同部位的室溫抗拉強度≥360MPa，屈服強度≥255MPa，伸長率≥7%。
[0012](2)採用鐓拔式多向變溫鍛造開坯，道次變形過程中反覆進行鐓粗和拔長，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化晶粒。每火次變形後不斷降低退火溫度，可防止熱變形晶粒粗化。
[0013](3)等溫模鍛在4000t等溫鍛造機上進行，模鍛過程中採用環形加熱爐對模具和坯料進行保溫加熱，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。本發明通過大量的對比實驗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
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為多向鍛造後坯料機加成的預鍛坯，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為等溫模鍛件時效處理後不同部位室溫拉伸取樣的位置分布圖。
[0017]本發明通過調節成形工藝參數，做了大量對比實驗。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。這些實施例是用於說明本發明，而不是對本發明的限制，在本發明構思前提下對本發明工藝進行改進，都屬於本發明要求保護的範圍。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:首先大爐熔煉熔化合金原料，半連續鑄造出Φ380Χ700πιπι的鑄錠(化學成分(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%,
其餘為Mg)。對鑄錠進行雙級均勻化退火，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後進行鐓拔式多向變溫鍛造，經3道次的鐓粗拔長多向鍛造後回爐退火。多向鍛造的壓下速度為200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長道次壓下量5~8%，上下砧板溫度240~250°C。錠坯進行3火次多向變溫鍛造後獲得660 X 435 X 230mm的坯料。多向鍛造的坯料機加工成尺寸為450 X 350 X 160mm預鍛坯，鍛前鍛坯在360°C保溫4h，再在4000t等溫鍛造機下進行等溫模鍛，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時效28h後室溫力學性能見表1。
[0019]實施例2:首先大爐熔煉熔化合金原料，半連續鑄造出Φ380Χ700πιπι的鑄錠(化學成分(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%,
其餘為Mg)。對鑄錠進行雙級均勻化退火，退火工藝為:270°C保溫12h後升溫至400°C保溫30h。鑄錠在40(T41(TC保溫14h後進行鐓拔式多向變溫鍛造，經3道次的鐓粗拔長多向變形後回爐退火。多向鍛造的壓下速度為200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長道次壓下量5~8%，上下砧板溫度240~250°C。錠坯進行3火次多向變溫鍛造後獲得664X 436 X 228mm的坯料。多向鍛造的坯料機加工成尺寸為450 X 350 X 160mm預鍛坯，鍛前鍛坯在380°C保溫4h，再在4000t等溫鍛造機下進行等溫模鍛，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時效28h後室溫力學性能見表1。
[0020]實施例3:首先大爐熔煉熔化合金原料，半連續鑄造出Φ 380 X 700mm的鑄錠(化學成分(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%,
其餘為Mg)。對鑄錠進行雙級均勻化退火，退火工藝為:270°C保溫12h後升溫至400°C保溫30h。鑄錠在40(T41(TC保溫14h後進行鐓拔式多向變溫鍛造，經3道次的鐓粗拔長多向變形後回爐退火。多向鍛造的壓下速度為200~400mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長道次壓下量5~8%，上下砧板溫度240~250°C。錠坯進行3火次多向變溫鍛造後獲得658 X 438 X 232mm的坯料。多向鍛造的坯料機加工成尺寸為450 X 350 X 160mm預鍛坯，鍛前鍛坯在390°C保溫4h，再在4000t等溫鍛造機下進行等溫模鍛，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時效28h後室溫力學性能見表1。
[0021]表1模鍛件時效處理後室溫力學性能
【權利要求】
1.一種中強耐熱鎂合金等溫模鍛件成形工藝，合金質量百分成分為: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%，其餘為 Mg，其特徵在於:採用大爐熔煉和半連續鑄造合金鑄錠；對鑄錠進行雙級均勻化退火；退火後的坯料進行鐓拔式多向變溫鍛造，初始鍛造溫度為350~410°C，坯料進行2~4道次鐓粗拔長多向鍛造後回爐退火，每火次變形後退火溫度降低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 ;對模鍛件進行時效熱處理，工藝為17(T200°C /2(T30h ;模鍛件時效處理後室溫抗拉強度> 360MPa,屈服強度≥255MPa，伸長率≥7%。
2.根據權利要求1所述的中強耐熱鎂合金等溫模鍛件成形工藝，其特徵在於:對鎂合金鑄錠進行雙級均勻化退火，其工藝為250~300°C保溫10~12h後升溫至380~410°C保溫20~30h。
3.根據權利要求1所述的中強耐熱鎂合金鍛件成形工藝，其特徵在於:坯料進行2~3道次鐓粗拔長多向鍛造後進行一次回爐退火，退火工藝為370~410°C保溫5~16h，每火次變形後退火溫度降低1(T2(TC，經過2~3火次變形後鍛造成(600-800) X (400^600)X (200^300) mm 的坯料。
4.根據權利要求1所述的中強耐熱鎂合金等溫模鍛件成形工藝，其特徵在於:多向變溫鍛造的壓下速度250~350mm/min，鐓粗道次壓下量30~35%，拔長道次壓下量5~10%，上下砧板溫度220~250°C。
5.根據權利要求1所述的中強耐熱鎂合金鍛件的成形工藝，其特徵在於:多向變溫鍛造的坯料機加工成預鍛方坯，在4000噸數控等溫鍛造機下進行等溫模鍛，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.根據權利要求1所述的一種中強耐熱鎂合金鍛件成形工藝，其特徵在於:等溫模鍛件時效處理工藝為175~190°C /24~28h，時效處理後模鍛件室溫抗拉強度≥360MPa，屈服強度≥255MPa，伸長率≥7%。
【文檔編號】B23P23/04GK103786031SQ201410021996
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月18日 優先權日:2014年1月18日
【發明者】劉楚明, 孫偉兵, 雷義民, 蘆玉波, 易幼平, 楊續躍 申請人:中南大學, 西安現代控制技術研究所