CN101214600A - 镁合金复合成形方法 - Google Patents
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Abstract
镁合金复合成形方法，属于镁合金加工领域，其技术方案是将铸造方法获得的铸坯加热至350℃～425℃，同时将挤压模具加热至232℃～425℃后均温25～120min；然后以1.2～12m/min的挤压速度挤压具有锻件二维特征的预成形挤压型材；截取与锻件体积相同的模压坯料，将模压坯加热至290℃～400℃，模具加热至232℃～400℃后保温25～120min，最后以2～200mm/s的变形速度进行一次模压，获得最终产品。采用本发明生产的镁合金锻件，既能满足产品形状的要求，又能提高镁合金锻件的综合力学性能，同时还能使产品的综合机械性能更加均匀，工艺质量可靠，效率高，能耗少，品质高，工艺收益率高，适合具有挤压和模压特点的结构件产品进行批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及到一种镁合金复合成形方法。特别涉及一种通过引入塑性变形制造性能显著提高的镁合金锻件的方法；属于镁合金加工领域。
背景技术
现行国内外镁合金锻件成形方法主要限于用简单几何形状铸坯或挤压坯料的多次模锻成形。目前镁合金常规锻造生产主要存在以下不足：镁合金室温下只有三个滑移系，室温无法成形；而高温滑移系启动温度较高，用常规锻造方法生产镁合金构件需经历多道次的加热、锻压和切边。因此，用铸坯锻造生产镁合金零件存在成形工艺冗长、工艺成本高、锻件晶粒粗大、变形不均匀、锻造对材料力学性能提升有限等问题。而用常规挤压坯生产镁合金锻件，因采用简单二维截面的型材，其锻造成形过程与采用铸坯的相同，冗长的成形过程导致成本剧增。综上所述，常规锻造生产方法生产的镁合金锻件，因冗长的成形过程、低下的材料利用率和高昂的工艺成本，难以获得规模商业应用。
为了解决镁合金锻件生产的效率、成本和性能问题，国内外进行了一些相应的研究开发。文献检索发现以下文献与本发明较为接近：
文献1：《镁合金锻造材料和锻造构件以及制造锻造构件的方法》 授权专利号：99118462.9，涉及的是镁合金锻造材料和锻造构件以及制造锻造构件的方法，适合锻造半成品，不适合锻造成品。
文献2：《镁合金复合成形的方法》(授权专利号：200410040086.7)，涉及到：选用含Al量为3～10％的镁合金，采用铸造方法获得适合模锻并能够通过一次模锻得到产品的铸坯，然后将铸坯和模具各自加热至300℃～500℃进行均温，然后以30mm～900mm/min的变形速度一次模锻成形得到最终产品。该方法使镁合金产品的工艺品质和力学性能得到一定程度的改善，但因变形程度有限，但还不能满足高强韧镁合金承力结构件对用大变形加工提升材料机械性能的要求。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，采用挤压预成形坯型材制坯缩短工艺流程模锻制造镁合金结构件的方法，实现镁合金锻件的低成本、低能耗、短流程、高效率生产。
本发明利用镁合金塑性成型的特点，采用挤压工艺方法，直接用铸坯制备具有锻件二维特征的预成形挤压型材；然后根据构件体积需求截取一段挤压型材，使截取的坯料体积与锻件体积一致，然后经一次性热模压获得几何形状、尺寸和综合力学性能满足设计要求的锻件。
为实现上述目的，本发明采用挤压预成形坯型材，切成与锻件等体积坯料，然后一次模压复合成形工艺，制备镁合金锻件。其特征在于本发明按以下步骤顺序实施：
(1)镁合金坯料的选用：按工件机械性能要求，选择适合挤压和模压的镁合金材料；
(2)镁合金挤压坯的制备：用半连续铸造等铸造方法，获得满足挤压工艺设备要求的铸坯；
(3)挤压前预热：将铸坯加热到350℃～425℃后均温25～120min；同时，将挤压工模具预热至232℃～400℃，然后保温；
(4)挤压预成形型材截面设计和模具生产：按照模压性能提升要求的二维截面锻压比，根据“构件二维截面几何特征不变、模压塑性流动确保充填模腔”的原则，设计挤压型材的截面结构，并据此生产出挤压模具；
(5)挤压成形：将预热铸坯装入挤压模中，以1.2～12m/min的速度挤压成具备锻件二维几何特征的预成形型材；
(6)制备模压坯料：将挤压型材切成与锻件体积相等的模压坯段；
(7)模压前预热：将模压坯加热到290℃～400℃后，均温25～120min；将安装在锻压机上的模压模具加热到232℃～400℃，然后保温；
(8)模压成型：将加热的模压坯段放入预热的模压模具内，以2～200mm/s的速度进行模压，一次性获得具有最终形状和尺寸的镁合金鍛件。
本发明提出的镁合金复合成型方法与其它成型方法相比，具有以下优点：
1.充分利用镁合金易于挤压成形的工艺特点，在挤压开坯过程中制备预成形型材，同时在材料中引入塑性变形，改善材料的强度、塑性和模压成形工艺性能；
2.在一次模压中获得产品的最终形状和尺寸，同时在材料中引入二次塑性变形，消除挤压织构、进一步细化晶粒、提升材料的机械性能；
3.因采用一次性闭模等体积模压成形，消除了工艺废料，具有工艺效率高、材料利用率高、能耗低的特点。
4.综合了挤压和模压成型的技术经济优势，实现锻件的短流程生产，不仅适合自动化批量生产，还具有突出的技术经济优势；
实施方式：
实施例1：采用镁合金复合成形方法，以AZ61为原材料，生产镁合金某锻件。其工艺按如下步骤进行：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ61作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ61半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到380℃后均温80min；同时，将挤压工模具预热至350℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以2.5m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材(见图2)；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到350℃后保温时间80min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到325℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以10mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件(图1)。
实施例2：采用镁合金复合成形方法，以AZ31为原材料，生产镁合金某锻件。其工艺按如下步骤进行：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ31作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ31半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到425℃后均温120min；同时，将挤压工模具预热至316℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以12m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材(见图2)；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到350℃后保温时间120min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到315℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以200mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件(图1)。
实施例3：采用镁合金复合成形方法，以AZ80为原材料，生产镁合金某锻件。其工艺按如下步骤进行：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ80作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ80半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到400℃后均温25min；同时，将挤压工模具预热至288℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以7m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材(见图2)；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到400℃后保温时间25min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到290℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以2mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件(图1)。
实施例4：采用镁合金复合成形方法，以AZ81为原材料，生产镁合金锻件。其工艺按如下步骤进行：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ81作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ81半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到350℃后均温60min；同时，将挤压工模具预热至232℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以4m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材(见图2)；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到400℃后保温时间60min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到290℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以20mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件(图1)。
在这一过程中，镁合金的性能变化如下：在铸坯截面上取样的拉伸强度130～160MPa，屈服强度110～120MPa，延伸率3～7.8％；挤压预成形型材在挤压态的拉伸强度为276～297MPa，屈服强度为165～178MPa，延伸率为11～12％；模压成形后，模压态拉伸强度302～311MPa，屈服强度197～203MPa，延伸率11～13％。
从上述实施例可以看出，将本复合成形方法用于镁合金结构件的生产，工艺过程可靠，操作方便，工艺收得率达到85％以上，得到的产品与常规锻造相比缩短了工艺流程，具有更好的综合机械性能，和常规生产工艺相比，具有更好的技术经济性。
Claims (5)
1.一种镁合金的复合成型方法，其特征在于该方法按以下顺序步骤进行
1)镁合金坯料的选用：按工件机械性能要求，选择适合挤压和模压的镁合金材料；
2)镁合金挤压坯的制备：用半连续铸造等铸造方法，获得满足挤压工艺设备要求的铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到350℃～425℃后均温1～100min；同时，将挤压工模具预热至232℃～400℃，然后保温；
4)挤压预成形型材截面设计和模具生产：按照模压性能提升要求的二维截面锻压比，根据“构件二维截面几何特征不变、模压塑性流动确保充填模腔”的原则，设计挤压型材的截面结构，并据此生产出挤压模具；
5)挤压成形：将预热铸坯装入挤压模中，以1.2～12m/min的速度挤压成具备锻件二维几何特征的预成形型材；
6)制备模压坯料：将挤压型材切成与锻件体积相等的模压坯段；
7)模压前预热：将模压坯加热到290℃～400℃后，均温5～120min；将安装在锻压机上的模压模具加热到232℃～400℃，然后保温；
8)模压成型：将加热的模压坯段放入预热的模压模具内，以2～200mm/s的速度进行模压，一次性获得具有最终形状和尺寸的镁合金锻件产品。
2.根据权利要求1所述的镁合金复合成型方法，其特征是：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ61作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ61半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到380℃后均温80min；同时，将挤压工模具预热至350℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以2.5m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到350℃后保温时间80min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到325℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以10mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件。
3.根据权利要求1所述的镁合金复合成型方法，其特征是：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ31作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ31半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到425℃后均温120min；同时，将挤压工模具预热至316℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以12m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到350℃后保温时间120min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到315℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以200mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件。
4.根据权利要求1所述的镁合金复合成形方法，其特征在于：
1)采用镁合金复合成形方法，以AZ80为原材料，生产镁合金某锻件。其工艺按如下步骤进行：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ80作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ80半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到400℃后均温25min；同时，将挤压工模具预热至288℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以7m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到400℃后保温时间25min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到290℃；
7)模压成型：在500MN的模锻压机上，将预热的模压坯段快速移入模压模具内，以2mm/s的速度进行模锻，一次性得到镁合金的最终锻件。
5.根据权利要求1所述的镁合金复合成形方法，其特征在于：
1)镁合金材料选用：选用镁合金AZ81作为原材料；
2)镁合金挤压坯的制备：采用铸造方法获得适合挤压设备要求、直径为Φ100mm的AZ81半连续铸坯；
3)挤压前预热：将铸坯加热到350℃后均温60min；同时，将挤压工模具预热至232℃后保温；
4)挤压成形：将铸坯装入挤压模中，以4m/min的速度挤压成截面具备锻件二维几何特征的预成形型材；
5)制备模压坯料：按设计需要压缩变形率(7.14％～67％)，将挤压型材截成14mm长的模压坯段；
6)模压前预热：将模压坯段加热到400℃后保温时间60min；同时，将安装在锻压机上的模具预热到290℃；
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