CN101947632A

CN101947632A - 一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法

Info

Publication number: CN101947632A
Application number: CN 201010262064
Authority: CN
Inventors: 周江; 王国军; 刘科研; 金龙兵; 张宏伟; 张燕飞
Original assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Current assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-01-19

Abstract

一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，它涉及一种镁合金模锻件的制备方法。本发明解决现有ZK61M镁合金的铸造热裂倾向严重、塑性差，导致加工成型困难，限制了ZK61M镁合金的应用领域的问题。本发明的制备方法：称取合金原料；然后熔炼浇注得铸锭；将铸锭挤压后模锻，再进行时效处理即可。本发明的制备方法能进行复杂形状镁合金的塑性加工成形，并具有加工尺寸精度高、加工工序简单；模锻后的镁合金尺寸精度高，力学性能好，在室温下纵向抗拉强度达到294N/mm²，断后伸长率≥8％。成功避免了新型直升机受控于国外，满足了军工的急需，实现了直九直升机的国产化。

Description

一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金模锻件的制备方法。

背景技术

镁合金具有一系列的优点。镁合金的密度只有1.8g/cm3左右，比铝合金轻36％，比锌合金轻73％，比钢轻77％，是目前工程应用中质量最轻的金属材料。镁合金比强度明显高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强材料；比刚度则与铝合金和钢相当，但远高于纤维增强材料。高纯度镁合金具有刚性佳，减震性和机械加工性好，镁合金热导性好，热稳性高，电磁屏蔽特性好，阻尼性好和可回收性等特性。由于镁的标准电位为-2.363V，是负电性很强的金属，其耐蚀性很差。镁合金在材料制造、加工成型和产品使用过程中都存在被氧化的问题，因而它的应用受到很大的限制，其优越性得不到发挥。20世纪90年代以后，随着冶炼技术的提高和先进成型技术的出现以及制造成本的降低，镁合金材料才得到了实际应用，不仅在航天航空，而且在汽车工业、电子信息、民用家电等领域均已得到广泛的应用，并且具有广阔的应用前景和开发潜力，作为工程材料，已经成为21世纪众所瞩目的焦点。

一股来说，根据生产工艺的不同，镁合金可分为铸造镁合金及变形镁合金。由于镁合金属于密排六方结构金属，塑性变形能力差，很难加工成板、带、棒、型和锻件，因此当前应用较广的是铸造镁合金，镁合金主要采用铸件作为结构材料使用。镁合金的生产难度很大；镁合金生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成型技术远不成熟和完善成为限制镁合金广泛应用的主要问题。

ZK61M合金是现在所有常用镁合金中强度最高的一种，又由于ZK61M镁合金本身轻的缘故，因此ZK61M合金几乎是所有材料中比强度最高的一种，然而ZK61M合金并不是无懈可击的材料，它存在如铸造热裂倾向严重、塑性很差等诸多缺点。为改善ZK61M合金的力学性能，拓宽它的应用领域，许多材料工作者针对ZK61M合金进行了晶粒细化、超塑性、复合材料等方面的研究，但均没有得出较好的消除铸造热裂倾向、提高塑性的研究成果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有ZK61M镁合金的铸造热裂倾向严重、塑性差，导致加工成型困难，限制了ZK61M镁合金的应用领域的问题，本发明提供了一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法。

本发明Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取如下合金原料：5.5％的Zn、0.6％的Zr、0.01％～0.05％的Al、0.01％～0.1％的Mn、0.01％～0.05％的Cu、0.001％～0.005％的Ni和余量的Mg；二、将步骤一的合金原料加入熔炼炉中在695℃～705℃的条件下熔炼100min，然后进行铸造得镁合金圆铸锭，控制铸造速度为36mm/min～40mm/min；三、将步骤二的镁合金圆铸锭进行直接挤压，挤压温度为300～400℃，挤压比6.25；四、进行模锻，开段温度为390～410℃，终锻温度为不低于320℃；五、进行时效处理，在160～170℃条件下保温20～28小时，然后随炉冷却，即得Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件。

本发明的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件即为ZK61M镁合金模锻件。

本发明的优点：

(1)本发明的优点在于解决了不能对镁合金进行复杂形状塑性加工成形的问题。

(2)能改善镁合金的组织结构和机械性能，能得到形状复杂的镁合金模锻件，并具有尺寸精度高、加工工序简单、大变形量加工的优点。

(3)模锻后尺寸精度高，力学性能好；在室温下纵向抗拉强度达到294N/mm²，断后伸长率≥8％。

本发明的ZK61M镁合金模锻件应用于制造发动机主减低盖，是直升机的关键构件。本发明制备得到的ZK61M镁合金模锻件成功避免了新型直升机受控于国外，满足了军工的急需，实现了直九直升机的国产化。

附图说明

图1是具体实施方式一的步骤二中得到的镁合金圆铸锭放大50倍的低倍组织图；图2是具体实施方式一得到的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件放大50倍的低倍组织图；图3是具体实施方式一得到的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件放大200倍的高倍组织图；图4是具体实施方式的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的三维立体图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取如下合金原料：5.5％的Zn、0.6％的Zr、0.01％～0.05％的Al、0.01％～0.1％的Mn、0.01％～0.05％的Cu、0.001％～0.005％的Ni和余量的Mg；二、将步骤一的合金原料加入熔炼炉中在695℃～705℃的条件下熔炼100min，然后进行铸造得镁合金圆铸锭，控制铸造速度为36mm/min～40mm/min；三、将步骤二的镁合金圆铸锭进行直接挤压，挤压温度为300～400℃，挤压比6.25；四、进行模锻，开锻温度为390～410℃，终锻温度为不低于320℃；五、进行时效处理，在160～170℃条件下保温20～28小时，然后随炉冷却，即得Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件。

本实施方式的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件是ZK61M镁合金模锻件。

图1是本实施方式步骤二中得到的镁合金圆铸锭放大50倍的低倍组织图，由图1可见，铸锭表面晶粒细小而均匀，符合国标GB/T 3246.2-2000中的一级晶粒度规定。未见有与表面垂直的柱状晶区，未见夹杂、化合物偏析、裂纹等冶金缺陷。

本实施方式得到的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件放大50倍的低倍组织图如图2所示，由图2可见，Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件中可看出流线沿锻造变形方向分布；未发现非金属夹杂物和裂纹以及氧化膜缺陷。低倍检查结果表明模锻件的低倍组织完全符合技术标准要求。

本实施方式得到的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件放大200倍的高倍组织图如图3所示，由图3可见，Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的铸造枝晶网已严重破碎，无明显枝晶网痕迹，化合物细小且沿变形方向排列，说明锻造变形充分而均匀。

本实施方式针对镁合金的熔铸工艺和镁合金锻件锻造变形工艺进行研究，解决了不能对镁合金进行复杂形状塑性加工成形的问题，能改善镁合金的组织结构和机械性能，能得到形状复杂的镁合金模锻件，并具有尺寸精度高、加工工序简单、大变形量加工的优点；模锻后尺寸精度高，力学性能好；在室温下纵向抗拉强度达到294N/mm²，断后伸长率≥8％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中将步骤一的合金原料加入熔炼炉中在700℃的条件下熔炼100min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中铸造时同时进行水冷，水冷采用漏斗。其它步骤及参数与具体实施回复时一或二相同。

本实施方式中水冷时采用大小适中的漏斗，可以使铸造应力分布均匀，使金属液流均匀对称地流向铸锭周边。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是步骤二中控制铸造速度为38mm/min。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中挤压温度为320～380℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中挤压温度为350℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤四中开锻温度为400℃，终锻温度为350℃。其它步骤及参数与具体实施一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤五中在165℃条件下保温24小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取如下合金原料：5.5％的Zn、0.6％的Zr、0.03％的Al、0.08％的Mn、0.04％的Cu、0.005％的Ni和余量的Mg；二、将步骤一的合金原料加入熔炼炉中在700℃的条件下熔炼100min，然后进行铸造得镁合金圆铸锭，控制铸造速度为36mm/min～40mm/min；三、将步骤二的镁合金圆铸锭进行直接挤压，挤压温度为350℃，挤压比6.25；四、进行模锻，开锻温度为400℃，终锻温度为350℃；五、进行时效处理，在165℃条件下保温24小时，然后随炉冷却，即得Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件。

本实施方式得到的Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件是应用于Z9直升机用镁合金模锻件Z9-10，三维立体图如图4所示。由图4可知，成型完好，表面光滑。

本实施方式得到的应用于Z9直升机用镁合金模锻件Z9-10，尺寸精度高，力学性能好；在室温下纵向抗拉强度达到294N/mm²，断后伸长率≥8％。

Claims

1.一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取如下合金原料：5.5％的Zn、0.6％的Zr、0.01％～0.05％的Al、0.01％～0.1％的Mn、0.01％～0.05％的Cu、0.001％～0.005％的Ni和余量的Mg；二、将步骤一的合金原料加入熔炼炉中在695℃～705℃的条件下熔炼100min，然后进行铸造得镁合金圆铸锭，控制铸造速度为36mm/min～40mm/min；三、将步骤二的镁合金圆铸锭进行直接挤压，挤压温度为300～400℃，挤压比6.25；四、进行模锻，开锻温度为390～410℃，终锻温度为不低于320℃；五、进行时效处理，在160～170℃条件下保温20～28小时，然后随炉冷却，即得Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件。

2.根据权利要求1所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤二中将步骤一的合金原料加入熔炼炉中在700℃的条件下熔炼100min。

3.根据权利要求1或2所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤二中铸造时同时进行水冷，水冷采用漏斗。

4.根据权利要求3所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤二中控制铸造速度为38mm/min。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤三中挤压温度为320～380℃。

6.根据权利要求1、2或4所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤三中挤压温度为350℃。

7.根据权利要求5所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤四中开锻温度为400℃，终锻温度为350℃。

8.根据权利要求1、2、4或7所述的一种Mg-Zn-Zr系镁合金模锻件的制备方法，其特征在于步骤五中在165℃条件下保温24小时。