鎂合金複合成形方法

2023-11-04 22:21:52

專利名稱：鎂合金複合成形方法
技術領域：
本發明涉及到一種鎂合金複合成形方法。特別涉及一種通過引入塑性變形製造性能顯著 提高的鎂合金鍛件的方法；屬於鎂合金加工領域。
技術背景現行國內外鎂合金鍛件成形方法主要限於用簡單幾何形狀鑄坯或擠壓坯料的多次模鍛 成形。目前鎂合金常規鍛造生產主要存在以下不足鎂合金室溫下只有三個滑移系，室溫無 法成形；而高溫滑移系啟動溫度較高，用常規鍛造方法生產鎂合金構件需經歷多道次的加熱、 鍛壓和切邊。因此，用鑄坯鍛造生產鎂合金零件存在成形工藝冗長、工藝成本高、鍛件晶粒 粗大、變形不均勻、鍛造對材料力學性能提升有限等問題。而用常規擠壓坯生產鎂合金鍛件， 因採用簡單二維截面的型材，其鍛造成形過程與採用鑄坯的相同，冗長的成形過程導致成本 劇增。綜上所述，常規鍛造生產方法生產的鎂合金鍛件，因冗長的成形過程、低下的材料利 用率和高昂的工藝成本，難以獲得規模商業應用。為了解決鎂合金鍛件生產的效率、成本和性能問題，國內外進行了一些相應的研究開發。 文獻檢索發現以下文獻與本發明較為接近文獻1:《鎂合金鍛造材料和鍛造構件以及製造鍛造構件的方法》授權專利號 99118462.9，涉及的是鎂合金鍛造材料和鍛造構件以及製造鍛造構件的方法，適合鍛造半成 品，不適合鍛造成品。文獻2:《鎂合金複合成形的方法》(授權專利號200410040086.7)，涉及到選用含Al 量為3 10%的鎂合金，採用鑄造方法獲得適合模鍛並能夠通過一次模鍛得到產品的鑄坯，然 後將鑄坯和模具各自加熱至300。C 50(TC進行均溫，然後以30mm 900mm/min的變形速度一 次模鍛成形得到最終產品。該方法使鎂合金產品的工藝品質和力學性能得到一定程度的改善， 但因變形程度有限，但還不能滿足高強韌鎂合金承力結構件對用大變形加工提升材料機械性 能的要求。 發明內容本發明目的是針對上述問題，採用擠壓預成形坯型材制坯縮短工藝流程模鍛製造鎂合金 結構件的方法，實現鎂合金鍛件的低成本、低能耗、短流程、高效率生產。本發明利用鎂合金塑性成型的特點，採用擠壓工藝方法，直接用鑄坯製備具有鍛件二維特徵的預成形擠壓型材；然後根據構件體積需求截取一段擠壓型材，使截取的坯料體積與鍛件體積一致，然後經一次性熱模壓獲得幾何形狀、尺寸和綜合力學性能滿足設計要求的鍛件。 為實現上述目的，本發明採用擠壓預成形坯型材，切成與鍛件等體積坯料，然後一次模壓複合成形工藝，製備鎂合金鍛件。其特徵在於本發明按以下步驟順序實施(1) 鎂合金坯料的選用按工件機械性能要求，選擇適合擠壓和模壓的鎂合金材料；(2) 鎂合金擠壓坯的製備用半連續鑄造等鑄造方法，獲得滿足擠壓工藝設備要求的鑄坯；(3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到350。C 425'C後均溫25 120min;同時，將擠壓工模具預 熱至232。C 40(TC,然後保溫；(4) 擠壓預成形型材截面設計和模具生產按照模壓性能提升要求的二維截面鍛壓比，根 據"構件二維截面幾何特徵不變、模壓塑性流動確保充填模腔"的原則，設計擠壓型 材的截面結構，並據此生產出擠壓模具；(5) 擠壓成形將預熱鑄坯裝入擠壓模中，以1.2 12m/min的速度擠壓成具備鍛件二維幾 何特徵的預成形型材；(6) 製備模壓坯料將擠壓型材切成與鍛件體積相等的模壓坯段；(7) 模壓前預熱將模壓坯加熱到290。C 400。C後，均溫25 120min;將安裝在鍛壓機上的 模壓模具加熱到232。C 40(TC，然後保溫；(8) 模壓成型將加熱的模壓坯段放入預熱的模壓模具內，以2-200mm/s的速度進行模壓， 一次性獲得具有最終形狀和尺寸的鎂合金鍛件。本發明提出的鎂合金複合成型方法與其它成型方法相比，具有以下優點
1. 充分利用鎂合金易於擠壓成形的工藝特點，在擠壓開坯過程中製備預成形型材，同時 在材料中引入塑性變形，改善材料的強度、塑性和模壓成形工藝性能；
2. 在一次模壓中獲得產品的最終形狀和尺寸，同時在材料中引入二次塑性變形，消除擠 壓織構、進一步細化晶粒、提升材料的機械性能；
3. 因採用一次性閉模等體積模壓成形，消除了工藝廢料，具有工藝效率高、材料利用率 高、能耗低的特點。
4. 綜合了擠壓和模壓成型的技術經濟優勢，實現鍛件的短流程生產，不僅適合自動化批 量生產，還具有突出的技術經濟優勢；實施方式:實施例h採用鎂合金複合成形方法，以AZ61為原材料，生產鎂合金某鍛件。其工藝按 如下步驟進行1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ61作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100mm的AZ61 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到38(TC後均溫80min;同時，將擠壓工模具預熱至35CTC 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以2. 5m/min的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何 特徵的預成形型材(見圖2);5) 製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模壓坯段；6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到35(TC後保溫時間80min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到325'C;7) 模壓成型:在500MN的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以10mm/s 的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件(

圖1)。實施例2 :採用鎂合金複合成形方法，以AZ31為原材料，生產鎂合金某鍛件。其工藝按如 下步驟進行1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ31作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100mm的AZ31 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到425。C後均溫120min;同時，將擠壓工模具預熱至316°C 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以12m/min的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何特 徵的預成形型材(見圖2);5)製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模 壓坯段；6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到350'C後保溫時間120min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到315"C;7) 模壓成型:在500麗的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以200mm/s 的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件(圖l)。實施例3:採用鎂合金複合成形方法，以AZ80為原材料，生產鎂合金某鍛件。其工藝按如下 步驟進行1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ80作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100咖的AZ80 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到400。C後均溫25min;同時，將擠壓工模具預熱至288°C 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以7m/min的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何特 徵的預成形型材(見圖2);5)製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模 壓坯段；6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到400'C後保溫時間25min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到29(TC;7) 模壓成型在500顧的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以2mm/s 的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件(圖l)。實施例4:採用鎂合金複合成形方法，以AZ81為原材料，生產鎂合金鍛件。其工藝按如下步 驟進行1) 鎂合金材料選用:選用鎂合金AZ81作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備釆用#造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100mm的AZ81 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到350。C後均溫60min;同時，將擠壓工模具預熱至232°C 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以4m/rain的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何特徵的預成形型材(見圖2);5)製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模 壓坯段；6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到40(TC後保溫時間60min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到290。C;7) 模壓成型:在500MN的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以20mm/s 的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件(圖l)。在這一過程中，鎂合金的性能變化如下在鑄坯截面上取樣的拉伸強度130 160MPa， 屈服強度110 120MPa，延伸率3 7.8%;擠壓預成形型材在擠壓態的拉伸強度為276 297MPa，屈服強度為165 178MPa，延伸率為11 12%;模壓成形後，模壓態拉伸強度302 311MPa，屈服強度197 203MPa，延伸率11 13%。從上述實施例可以看出，將本複合成形方法用於鎂合金結構件的生產，工藝過程可靠， 操作方便，工藝收得率達到85%以上，得到的產品與常規鍛造相比縮短了工藝流程，具有更 好的綜合機械性能，和常規生產工藝相比，具有更好的技術經濟性。
權利要求
1.一種鎂合金的複合成型方法，其特徵在於該方法按以下順序步驟進行1)鎂合金坯料的選用按工件機械性能要求，選擇適合擠壓和模壓的鎂合金材料；2)鎂合金擠壓坯的製備用半連續鑄造等鑄造方法，獲得滿足擠壓工藝設備要求的鑄坯；3)擠壓前預熱將鑄坯加熱到350℃～425℃後均溫1～100min；同時，將擠壓工模具預熱至232℃～400℃，然後保溫；4)擠壓預成形型材截面設計和模具生產按照模壓性能提升要求的二維截面鍛壓比，根據「構件二維截面幾何特徵不變、模壓塑性流動確保充填模腔」的原則，設計擠壓型材的截面結構，並據此生產出擠壓模具；5)擠壓成形將預熱鑄坯裝入擠壓模中，以1.2～12m/min的速度擠壓成具備鍛件二維幾何特徵的預成形型材；6)製備模壓坯料將擠壓型材切成與鍛件體積相等的模壓坯段；7)模壓前預熱將模壓坯加熱到290℃～400℃後，均溫5～120min；將安裝在鍛壓機上的模壓模具加熱到232℃～400℃，然後保溫；8)模壓成型將加熱的模壓坯段放入預熱的模壓模具內，以2～200mm/s的速度進行模壓，一次性獲得具有最終形狀和尺寸的鎂合金鍛件產品。
2.根據權利要求1所述的鎂合金複合成型方法，其特徵是1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ61作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100mm的AZ61 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到380'C後均溫80min;同時，將擠壓工模具預熱至35CTC 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以2. 5m/min的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何 特徵的預成形型材；5) 製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模壓坯段；6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到35(TC後保溫時間80min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到325T:; 7) 模壓成型在500顧的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以10mm/s的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件。
3. 根據權利要求1所述的鎂合金複合成型方法，其特徵是1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ31作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100mra的AZ31 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到425"C後均溫120min;同時，將擠壓工模具預熱至316°C 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以12m/rain的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何特 徵的預成形型材； 5)製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模 壓坯段； 6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到35(TC後保溫時間120min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到315"C;7) 模壓成型:在500MN的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以200mm/s 的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件。
4. 根據權利要求1所述的鎂合金複合成形方法，其特徵在於1)採用鎂合金複合成形方法，以AZ80為原材料，生產鎂合金某鍛件。其工藝按如下步驟進行1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ80作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為O100mm的AZ80 .半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到40(TC後均溫25min;同時，將擠壓工模具預熱至288°C 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以7m/min的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何特 徵的預成形型材；5)製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模 壓坯段； 6)模壓前預熱將模壓坯段加熱到400。C後保溫時間25min;同時，將安裝在鍛壓機上的模具預熱到2^TC;7)模壓成型在500顧的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以2mm/s的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件。
5.根據權利要求1所述的鎂合金複合成形方法，其特徵在於-1) 鎂合金材料選用選用鎂合金AZ81作為原材料；2) 鎂合金擠壓坯的製備採用鑄造方法獲得適合擠壓設備要求、直徑為①100mm的AZ81 半連續鑄坯；3) 擠壓前預熱將鑄坯加熱到35(TC後均溫60min;同時，將擠壓工模具預熱至232°C 後保溫；4) 擠壓成形將鑄坯裝入擠壓模中，以4m/min的速度擠壓成截面具備鍛件二維幾何特 徵的預成形型材；(5)製備模壓坯料按設計需要壓縮變形率(7.14%~67%)，將擠壓型材截成14mm長的模 壓坯段；(6) 模壓前預熱將模壓坯段加熱到40CTC後保溫時間60min;同時，將安裝在鍛壓機上 的模具預熱到290"C;(7) 模壓成型在500MN的模鍛壓機上，將預熱的模壓坯段快速移入模壓模具內，以20mm/s 的速度進行模鍛， 一次性得到鎂合金的最終鍛件。
全文摘要
鎂合金複合成形方法，屬於鎂合金加工領域，其技術方案是將鑄造方法獲得的鑄坯加熱至350℃～425℃，同時將擠壓模具加熱至232℃～425℃後均溫25～120min；然後以1.2～12m/min的擠壓速度擠壓具有鍛件二維特徵的預成形擠壓型材；截取與鍛件體積相同的模壓坯料，將模壓坯加熱至290℃～400℃，模具加熱至232℃～400℃後保溫25～120min，最後以2～200mm/s的變形速度進行一次模壓，獲得最終產品。採用本發明生產的鎂合金鍛件，既能滿足產品形狀的要求，又能提高鎂合金鍛件的綜合力學性能，同時還能使產品的綜合機械性能更加均勻，工藝質量可靠，效率高，能耗少，品質高，工藝收益率高，適合具有擠壓和模壓特點的結構件產品進行批量生產。
文檔編號B23P13/00GK101214600SQ20081006922
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優先權日2008年1月10日
發明者廖惠敏, 曹鳳紅, 龍思遠 申請人:重慶大學