CN101517117B - 制造由镁合金所制成的热锻部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造由镁合金制成的部件的方法，该方法包括锻造所述合金坯料的步骤，接着热处理，其特征在于合金是基于85％镁的铸造合金，并且以重量计，包含：0.2％到1.3％锌；2％到4.5％钕；0.2％到7.0％原子量从62到71的稀土金属；0.2％到1％的锆；并且，其特征在于在400℃以上的温度进行锻造。特别地，温度设在420℃和430℃之间，并且锻造步骤包括以慢速率进行的塑性变形。该方法允许产生诸如用于航空机器的壳体元件的部件，该部件在约200℃温度下工作，并且具有良好的老化特性。

Description

制造由镁合金所制成的热锻部件的方法

技术领域

本发明涉及金属加工领域，更具体地涉及镁合金的加工。

背景技术

为了产生一些高性能的机器部件，通常的做法是使用铝或铝合金，因为它们具有重量轻的机械特性。因为这些原因，它们特别地用在汽车和航空机器中。通常，从通过铸造技术所获得的板材或坯件机械加工部件，诸如发动机机壳部件。然而，当处理在工作时暴露于范围是150-180℃以上温度的部件时，这些材料的热稳定性变得不足。在使用中，由于变形和机械强度的损失，这个弱点更明显。增加它们的重量不是该领域的解决方案，因为在该领域中重量是材料选择的重要因素。

已经建议对于相同的应用，用基于镁的合金替换这种金属。这是因为一方面已知这种合金的较低密度，另一方面因为它们能够由较好的抗热性获益。然而，并不是所有的镁合金都是令人满意的。例如，已知的AZ31、AZ61或AZ80和ZK系列合金与铝合金表现相似，但是不满足所表述的要求。最近几年，新铸造的镁合金已经出现，并且意欲应用在相同的领域，但是铸造引起了约15％到30％的高水平缺陷。当设计部件时，不得不考虑缺陷，诸如多孔性或缩痕。这降低了它们应用的益处。

而且，据申请人所知，只有一种工业锻造镁合金WE43在大于180℃以上温度的使用领域具有足够稳定的特性，但是它非常昂贵。

然而，根据现有技术，镁合金块的抗拉强度和屈服强度受进行变形所在的温度不利地影响是可接受的。著作，镁合金技术(magnesium technology)，2006，Horst E.Friedrich和Barry L.Mordike，Springer Germany出版，图6.64表明受到挤压处理的QE22合金(Mg-2，2Ag-2Nd-0.5Zr)铸锭，当制造铸锭的温度增加时，它经历了它的机械特性的降低。所研究的温度限于400℃。

发明内容

申请人自己设定了生产由镁合金制成的部件的目标，以便于减少该部件的重量，特别是与铝合金比较下的重量，但是所述部件在工作温度时的冶金学和空间的稳定性是足够的，而不要求机械加压区域增厚。因为实际上，为了考虑由于所组成材料的热老化的特性的损失，这种增厚常常是必要的。

费用保持在使用已知合金的费用以下是重要的。

通过制造由镁合金制成的部件的方法，本发明达到了这些目的，该方法包括锻造所述合金坯料的步骤，接着热处理，其特征在于合金是基于85％镁的铸造合金，以重量计，包含：

0.2％到1.3％锌；

2％到4.5％钕；

0.2％到7.0％原子量从62到71的稀土金属；

0.2％到1％的锆；

并且，其特征在于在400℃以上的温度进行锻造。

铸造合金的一个例子是由公司Magnesium Elektron Limited(参考是Elektron21)所提供的标准名称为EV31A的铸造合金，并且其更精确的组分如下：镁合金包含：0.2％到0.5％锌，2.6％到3.1％钕，1.0％到1.7％的钆，并且用锆饱和。专利申请WO 2005/035811的权利要求限定了这种产品。

更特别地，锻造温度是在420℃和430℃之间，并且以慢速率，特别是小于40mm/s的对应于锻造滑动移动的速率进行塑性变形。

尽管根据现有技术，如上面著作中所示例的，看起来镁铸造合金的热锻在它的机械特性方面不会产生好的结果，但是已经令人惊奇地发现应用本发明的方法于已经提供高机械特性和改善的抗腐蚀性的EV31A家族的铸造合金可以产生部件，该部件进一步显示了优良的抗老化性，同时能够在约200℃的温度下工作。而且，大大降低了锻造水平的缺陷。

优选地，并且根据一个实施方式，在一个或多个步骤中，通过闭模锻造进行锻造的塑性变形。

根据另一个实施方式，通过挤压或滚压进行塑性变形。

根据另一个特征，铸造原始的坯料，并且更特别地在闭模锻造前预锻造铸造块。

根据另一个特征，锻造之后是带有固溶热处理步骤的热处理，猝火步骤和在200℃和250℃之间温度的回火步骤。

现在，参考附图，通过下面非限制性的实施例描述本发明的一个实施方式。

附图说明

图1表示铸造合金坯料在锻造前它的原始形式和加工后它的形式。

图2表示闭模锻造设备的例子。

具体实施方式

首先，处理EV31A合金的铸造块。锻造具有原始长度与直径比(H/D比率)约2的锻造毛坯几次，以获得具有1/5的H/D长度与直径比的圆盘1，该比率可以锻造所述圆盘，它不包含侧向，并且没有粗糙度的风险及在金属纤维中没有不完美的产生。这里通过顶锻或另外技术锻造该圆盘。用于生产锻造用金属锻造毛坯的顶锻装置包括两个平的元件，其可选地包括插入凹部。锻造毛坯被放置在下面的元件上，通过压力，两个平的元件相互对压，以镦粗该锻造毛坯，这里其呈现对应于两个平的元件之间的凹部的形式。通常需要几次顶锻操作，以获得可以在闭模锻造中使用的锻造毛坯。可以在各次顶锻操作之间再次加热锻造毛坯。

接着，在一个或多个步骤中采用闭模锻造。例如，坯料闭模锻造的第一步能够使获得接近最终形状的第一形状。接着，在压力下进行高精确闭模锻造操作，能够使部件获得它的确定的形状。应该指出适合时可以机械加工这种确定的形状，以获得待使用的部件。图2中示出了设备3的例子。上部压模5a和下部压模5b是平的元件，能够在所讨论的步骤中获得形状。该设备包括加热装置，在这种情况下是通风的电炉，以将圆盘加热到根据本发明方法的温度。在EV31A合金的情况下，该温度是400℃以上，优选地在420℃和430℃之间(靶温度＝425℃)。在高精度闭模锻造步骤前，以相同的方式加热坯料。

在制造过程中预先加热锻造工具，并且保持在该温度。

对应于闭模锻造机器滑动移动的速率的部件变形的速率小于40mm/s，优选地在10mm/s和30mm/s之间，靶速率是20mm/s。

当部件已经从锻造设备移除时，它被去毛刺(用于部件制造的过多材料的移除)和清洁。

最后，部件根据期望的机械特性，特别地确保高达200℃的机械特性和尺寸稳定性，经历T6类型的热处理。

该处理包括：

-在520℃，固溶热处理8小时；

-在水+聚合物中在40℃下猝火或在水中在60℃到80℃猝或；和

-在200℃和250℃之间的温度进行大于16个小时的回火步骤。根据部件期望的工作温度确定该温度。

200℃和225℃之间的回火温度范围是最佳的，以在室温工作情况下获得更好的特性。

225℃和250℃之间的回火温度范围是最佳的，以在大于180℃温度下工作的情况下获得更好的特性。

进行测试以能够比较具有现有技术AS7G06T1R2铸造合金的锻造合金的机械特性，该合金是航空工业中的参考合金。

测定以MPa计的抗拉强度Rm和屈服强度R_p0.2。

没有老化：

室温测试	Rm(MPa)	Rp0.2(MPa)
			AS7G06T1R2	≥270	≥220
Forged EV31A	287	187.5

在180℃下老化10000h后

特性的下降	Rm(MPa)	Rp0.2(MPa)
			AS7G06T1R2	53％	68％
Forged EV31A	15％	＜15％

这些表格表明特别是在180℃下老化10000h后的特性方面，本发明的锻造合金的机械特性与现有技术的镁铸造合金比较有显著改善。

Claims (10)

1.一种制造由镁合金制成的部件的方法，该方法包括锻造所述合金坯料的步骤，接着热处理，其特征在于合金是基于85％镁的铸造合金，并且以重量计，包含：

0.2％到1.3％锌；

2％到4.5％钕；

0.2％到7.0％原子量从62到71的稀土金属；

0.2％到1％的锆，

并且，其特征在于在425℃和430℃之间进行锻造，所述锻造步骤包括以慢速率进行的塑性变形，所述锻造步骤后是具有固溶热处理步骤的热处理，淬火步骤和在200℃和250℃之间的回火步骤。

2.如权利要求1所述的方法，所述的速率对应于锻造滑动移动的速率，小于40mm/s。

3.如权利要求2所述的方法，所述的速率在10mm/s和30mm/s之间。

4.如权利要求1所述的方法，通过闭模锻造进行所述的塑性变形。

5.如权利要求1所述的方法，通过挤压或滚压进行所述的塑性变形。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，对铸造块进行所述的锻造。

7.如权利要求6所述的方法，在锻造前，对所述铸造块进行预锻造。

8.如权利要求1所述的方法，所述的回火温度是200℃和225℃之间。

9.如权利要求1所述的方法，所述的回火温度是225℃和250℃之间。

10.如权利要求1所述的方法，所述的镁合金包含：0.2％到0.5％锌，2.6％到3.1％钕，1.0％到1.7％的钆，0.2％到1％的锆。