AQ80M鎂合金型材二次熱擠壓工藝的製作方法

2023-05-29 02:06:26 2

本發明涉鎂合金的擠壓變形加工領域，特別涉及一種aq80m鎂合金型材二次熱擠壓工藝。

背景技術：

鎂合金具有低密度、高比強度、導熱性好、減震能力強、易切削、可回收以及尺寸穩定等優點，作為結構材料在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景。

相對與mg-re系鎂合金而言mg-al系成本低廉，同時，該系合金塑性優於多數mg-re系。但由於主要析出相熔點437℃，故耐熱性能差。添加ag、re等元素後，合金中析出相體積分數增加，抑制了第二相的不連續析出，從而提高了合金耐熱性能。在常規塑性變形方式，如擠壓、鍛造、軋制等條件下，合金晶粒得到細化，從而提高了材料強度。若同時考慮織構強化因素，選用合適的工藝獲得比單次變形強度更高的織構特徵，可以進一步提高合金強度。

鎂具有密排六方晶體結構，室溫及低溫下可動滑移系不足，塑性變形能力差，嚴重限制了鎂合金的應用。傳統擠壓均為一次擠壓成型，材料往往受限於高溫成型故而織構強度較低。

技術實現要素：

為克服現有技術的不足，本發明目的在於提供一種aq80m鎂合金型材二次熱擠壓工藝。

本發明的aq80m鎂合金的質量百分成分為al7.5-9.0％、ag0.02-0.8％、zn0.35-0.55％、mn0.05-0.20％、re0.01-0.10％、ca0.001-0.002％、fe≤0.02％、si≤0.05％、cu≤0.02％、ni≤0.001％，其餘為mg及不可去除的雜質元素。

本發明的aq80m鎂合金二次熱擠壓工藝，包括如下步驟：

1)將鎂合金坯料去皮後進行雙級均勻化處理；

2)將經過雙級均勻化預處理後的鎂合金坯料加熱至340-420℃，保溫1-3h後，以2-9的擠壓比，1.5-6mm/s的擠壓速度進行一次熱擠壓變形，得到棒材；

3)將步驟2)中得到的鎂合金棒材加熱至340-380℃，保溫1-3h後，以12-15的擠壓比，4-12mmmm/s的擠壓速度進行二次熱擠壓變形得到鎂合金三角型材；

4)將步驟3)中得到的鎂合金三角型材進行熱處理得到最終產品。

進一步的，步驟2)中熱擠壓用的擠壓筒和擠壓模具溫度保持在340℃-420℃之間。

進一步的，步驟2)中鎂合金坯料加熱溫度為380-410℃，保溫時間為1-3h，擠壓速度為2-3.5mm/s。

進一步的，步驟4)中的熱處理工藝為：將鎂合金型材在380-410℃保溫1-3h後冷卻；接著在150-200℃下進行等溫時效熱處理20-40h得到最終擠壓產品，鎂合金時效處理時，時效溫度選取溫度過低時，達到峰值時效的時間會明顯增加，實際生產過程中成本升高；選取溫度過高時，則合金峰值時效時由於析出相體積分數降低，析出相強化效果減弱等原因合金的強度降低，本發明通過反覆試驗發現擠壓後鎂合金型材時效處理溫度在150-200℃之間時，不僅可以快速到達峰值時效，而且不會因為溫度過高導致合金強度降低。

進一步的，步驟1)中所述鎂合金坯料為鎂合金半連續鑄造坯料，規格為ф570-580mm。

進一步的，為減少或消除非平衡共晶相，同時避免合金過燒，步驟1)中雙級均勻化退火工藝為：將鎂合金坯料在250-300℃退火10-20h後升溫至380-410℃，保溫20-30h後快速冷卻，防止錠坯在冷卻過程中發生第二相的析出。

進一步的，步驟3)中鎂合金棒材加熱溫度為360-380℃，保溫時間為1-3h，擠壓速度為6-8mm/s。

進一步的，以上技術方案中，步驟3)中得到的鎂合金三角型材外接圓直徑95-108mm，長度≥5000mm。

鎂合金是密排六方結構，在變形過程中易於形成強織構，本合金高溫條件下強度高低最主要的影響因素為織構，當擠壓工藝適合形成沿著擠壓方向的強絲織構時，材料屈服主要通過柱面滑移實現，而柱面滑移的臨街剪切應力明顯高於基面滑移，從而實現高強度。上述工藝參數的選擇各有特定作用：(1)一次擠壓，通過再結晶實現晶粒細化，因三向應力狀態下實現充分再結晶所需的應變較低，故擠壓比相對二次擠壓較小，溫度上限偏高；(2)二次擠壓時主要目的是實現強絲織構以及獲得均一組織，其中較一次擠壓明顯高的擠壓比可以強化晶粒在變形過程中的轉動，從而更加充分地實現c軸沿擠壓軸輻射方向的排布，較低的變形溫度是綜合考慮變形過程中固溶體動態分解產生析出相以及變形熱累積導致實際錠溫升高造成晶粒粗化和織構的弱化；(3)二次擠壓後的高溫保溫的目的為溶解可能產生的位於晶界的動態分解相，提高材料伸長率，以及消除變形組織中殘餘的位錯，從而抑制高溫使役過程中產生過早回復軟化，從而提高合金的屈服強度；(4)後期熱處理能夠在不影響高溫條件下的伸長率的同時，提高合金室溫強度。綜合以上通過無數次實驗最終得出一次擠壓溫度為340-420℃，擠壓比2-9，出口速度1.5-6mm/s；二次擠壓溫度為340-380℃，擠壓比為12-15，出口速度為4-12mm/s時，可以防止動態分解相產生，以及其對完全再結晶的抑制，同時防止高溫下晶粒長大；二次擠壓時採用大的擠壓比，從而實現組織均衡的前提下，利用變形熱防止了錠坯溫度過低及過高；以上參數的綜合作用下，得到外接圓直徑95-108mm，長度≥5000mm的三角型材。上述工藝條件下製得的型材在150-200℃下進行等溫時效熱處理20-40h後高溫抗拉強度≥250mpa,屈服強度≥195mpa，延伸率≥23％。

附圖說明

圖1為二次擠壓型材的宏觀圖片。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步地說明。

實施例1

本實施例中鑄錠由大容量爐熔融原料，經半連續鑄造，車削去皮得鑄錠規格為φ580mm，長度1500mm，將上述坯料車削去皮後進行250℃/10h+410℃/20h的均勻化處理；接著加熱擠壓模具及擠壓筒，模具溫度為380℃，擠壓筒溫度為420℃，然後將鎂合金坯料加熱至380℃保溫3h後放入擠壓筒中，在10000t臥式油壓機上進行擠壓得到一次擠壓棒材，擠壓比為2，出口速度為6mm/s；將鋸切下料後長600mm的一次擠壓棒材經380℃保溫3h，於380℃的擠壓筒和模具之內進行二次擠壓，擠壓比為12，出口速度12mm/s，擠壓後三角型材外接圓直徑108mm，長度≥5000mm，擠壓後型材在380℃保溫3h後冷卻接著在175℃下進行等溫時效熱處理30h後進行力學性能測試，結果見表1，擠壓後的宏觀圖片如圖1所示。

對比實施例1

對比實施例1與實施例1所不同的是，一次擠壓時擠壓比為1.5，錠坯、擠壓筒和磨具溫度分別為360℃、400℃、360℃，其餘工藝參數均與實施例相同，力學性能測試結果見表2，得到的擠壓後三角型材外接圓直徑110mm，長度小於5000mm。

實施例2

本實施例中鑄錠由大容量爐熔融原料，經半連續鑄造，車削去皮得鑄錠規格為φ570mm，長度1500mm，將上述去皮後鑄錠的進行300℃/15h+400℃/25h的均勻化處理；接著加熱擠壓模具及擠壓筒，模具溫度為340℃，擠壓筒溫度為380℃，然後將鎂合金坯料加熱至340℃保溫1h後放入擠壓筒中，在10000t臥式油壓機上進行擠壓得到一次擠壓棒材，擠壓比為9，出口速度為1.5mm/s，將鋸切下料後長800mm的一次擠壓棒材經340℃保溫1h，於360℃的擠壓筒和模具之內擠壓，擠壓比15，出口速度4mm/s，擠壓後三角型材外接圓直徑95mm，長度≥5000mm，擠壓後型材在410℃保溫1h後冷卻接著在200℃下進行等溫時效熱處理20h後進行力學性能測試，結果見表1。

對比實施例2

對比實施例2與實施例2所不同的是，二次擠壓時擠壓比為10，錠坯、擠溫筒和磨具溫度分別為360℃、380℃、380℃，其餘工藝參數均與實施例2相同，得到的力學性能測試結構見表2，擠壓後三角型材外接圓直徑99mm，長度小於5000mm。

實施例3

本實施例中鑄錠由大容量爐熔融原料，經半連續鑄造，車削去皮得鑄錠規格為φ580mm，長度1500mm，將上述去皮後鑄錠的進行270℃/20h+380℃/30h的均勻化處理；接著加熱擠壓模具及擠壓筒，模具溫度為420℃，擠壓筒溫度為340℃，然後將鎂合金坯料加熱至420℃保溫1h後放入擠壓筒中，在10000t臥式油壓機上進行擠壓得到一次擠壓棒材，擠壓比為6，出口速度為3mm/s；將鋸切下料後長400mm的一次擠壓棒材經360℃保溫2h，於340℃的擠壓筒和模具之內擠壓，擠壓比14，出口速度4mm/s，擠壓後三角型材外接圓直徑105mm，長度≥5000mm，擠壓後型材在400℃保溫1h後冷卻接著在150℃下進行等溫時效熱處理40h後進行力學性能測試，結果見表1。

對比實施例3

對比實施例3與實施例3所不同的是，一次擠壓時擠壓比為10，二次擠壓時錠坯、擠壓筒和磨具溫度分別為380℃、360℃、360℃，其餘工藝參數均與實施例3相同，得到的力學性能測試結構見表2，擠壓後三角型材外接圓直徑92mm，長度小於5000mm。

表1實施例得到的二次擠壓型材150℃拉伸力學性能

表2對比實施例得到的二次擠壓型材150℃拉伸力學性能