CN102312143A - 一种高强耐热镁合金的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种高强耐热镁合金的锻造方法。该锻造方法具体步骤为：制备坯料；加热坯料保温；加热上下平砧；配合中间退火工艺，在液压机上进行多道次锻造；锻后时效处理。锻造后镁合金组织均匀、晶粒细小、力学性能优越。时效后，常温抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥410Mpa，延伸率≥3%；250℃时，抗拉强度≥320MPa，延伸率≥12%。该方法充分发挥了镁合金的高温塑性，并显著提高了镁合金的使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及耐热镁合金的热变形领域，特别涉及Mg-Gd-Y系镁合金高温锻造变形领域。
背景技术
镁合金是实用金属中密度最低的金属，具有比强度高、比刚度好、抗震减噪性能好等特点，是较为理想的金属结构材料。目前镁合金产品主要以压铸件为主，高性能的锻件应用很少。其主要原因是镁合金常温塑性差，对变形速率敏感，锻造成型困难。镁合金晶体结构为密排六方，常温下可开动的滑移系较少，塑性变形能力差。自由锻造的应变状态是一向压缩两相延伸，这对发挥镁合金的塑性不利。所以镁合金锻造时应精确地控制变形速度、变形率及其它工艺参数。目前对锻造镁合金的研究主要集中在如何合理的控制组织、细化晶粒及适当的控制温度范围与变形速率等方面以提高或改善镁合金的塑性变形能力。
目前用于锻造的镁合金体系有Mg-Mn系、Mg-A1-Zn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Th系、Mg-Re-Zr系等。其中Mg-Mn系、Mg-A1-Zn系、Mg-Zn-Zr系研究比较广泛，已经部分投入使用。Mg-Re-Zr系镁合金具有较高的强度与耐热性能，受到了广泛的关注。在Mg-Re-Zr中Mg-Gd-Y-Zr系性能突出，研究报道较多，大多数集中在挤压，轧制等变形中，还没有对其锻造变性进行研究。本专利针对这一实际问题，对Mg-Gd-Y-Zr系高强耐热镁合金，探索出一套合理的锻造工艺。
发明内容：
本发明的目的是开发一种高强耐热镁合金的锻造方法。弥补目前在该系合金锻造工艺上的不足。本发明提出的锻造方法是：
1．采用半连续铸造方法制备镁合金铸锭，其成分（wt.%）为：Gd：6～13%，Y：2～6%，Zr：0.3～0.8%，Cu≤0.001%，Ni≤0.001%，Fe≤0.015%，Si≤0.01%，Mn≤0.005%，余量为Mg；规格为Ф200mm～Ф400mm，长度≥3000mm；均匀化处理。
2．设定温度400℃～530℃加热坯料，保温2h～3h。
3．对上下平砧进行加热，温度为420℃～550℃。上下平砧加热温度比坯料加热温度高20℃～50℃。
4．在立式液压机上进行慢速多道次高温锻造，液压机的空载速度在8mm/s。镁合金塑性成形对变形速度敏感，较快的变形速度会导致开裂。而较慢的锻造速度不利于镁合金的保温；但有利于镁合金的动态再结晶，动态再结晶在镁合金加工过程中起到很好的软化作用，有助于镁合金的锻造成形，所以要合理选择锻造速度。
5．锻造道次压下量为40%～60%；每2～3道次后进行回炉退火，退火时间为0.5h～1h。
6．进行单向锻造、两向锻造和三向锻造。
7．锻造后时效处理，可以有效的提高镁合金的性能。时效工艺为200℃保温72h。常温抗拉强度≥450Mpa，屈服强度≥410Mpa，延伸率≥3%；250℃时，抗拉强度≥320MPa，延伸率≥12%。
8.该锻造方法还可以作为一种镁合金的开坯方法，以改善铸态组织，为后续塑性成型做准备。如果作为开坯方法，则不需要进行时效处理。
镁合金的热变形特点是变形温度区间窄，本发明者经过长时间的研究最终找到该合金的热锻造温度区间400℃～530℃。
镁合金常温下可开动的滑移系较少，变形能力差，所以镁合金变形多为热变形。镁合金锻造变形时要对上下平砧或模具进行加热，在以往的研究中对这一温度给出都比较模糊，本专利在大量探索实验基础上得出上下平砧加热温度比坯料加热温度高20℃～50℃。
本发明的优点在于：
（1）、本发明弥补了该系高强耐热镁合金锻造工艺上的空白。
（2）、该锻造方法显著提高了该镁合金的锻造性能。锻造后该合金晶粒细小，组织均匀，力学性能优越。锻后时效，常温下，抗拉强度≥450Mpa，屈服强度≥410Mpa，延伸率≥3%；250℃时，抗拉强度≥300 Mpa，延伸率≥12%。
（3）、变形温度高，变形温度较高有利于开动镁合金的棱柱面滑移系，发挥镁合金的高温塑性；同时温度较高，镁合金热加工过程中动态再结晶与动态回复容易发生，起到良好的软化效果。动态再结晶还可以改善组织，细化晶粒。
具体实施方法：
实施例1：单向锻造
本实施例中采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，均匀化处理。加热坯料到500℃保温2h。加热上下平砧，温度为520℃。然后在液压机上进行单向锻造。锻造过程中在上下平砧表面均匀涂撒石墨粉作润滑剂。液压机的空载速度为8mm/s。压下量≥70%。锻造后时效，时效工艺为200℃保温72h。锻后力学性能，时效后力学性能以及250℃时力学性能见表（1）
实施例2：两向锻造
本实施例中采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，均匀化处理。加热坯料到450℃保温2h。加热上下平砧，温度为470℃。然后在液压机上进行两向锻造。道次压下量为40%～60%，2～3道次后退火，退火温度为450℃，退火时间0.5h，累积锻压12道次。坯料原始尺寸为锻造过程中在上下平砧表面均匀涂撒石墨粉作润滑剂，液压机的空载速度8mm/s。锻造后时效，时效工艺为200℃保温72h。锻后力学性能，时效后力学性能以及250℃时力学性能见表（1）
实施例3：三向锻造
本实施例中采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，均匀化处理。加热坯料到530℃保温3h。加热上下平砧，温度为550℃。然后在液压机上进行三向锻造，道次压下量为40%～60%，2～3道次后退火，退火温度为530℃，退火时间1h，累积锻压18道次。锻造过程中在上下平砧表面均匀涂撒石墨粉作润滑剂。液压机的空载速度8mm/s。锻造后时效，时效工艺为200℃保温72h。锻后力学性能，时效后力学性能以及250℃时力学性能见表（1）
表（1）锻造后镁合金力学性能
Claims (3)
1.一种高强耐热镁合金的锻造方法，镁合金质量百分成分为：Gd：6～13%，Y：2～6%，Zr：0.3～0.8%，Cu≤0.001%，Ni≤0.001%，Fe≤0.015%，Si≤0.01%，Mn≤0.005%，其余为Mg，具体包括以下步骤：
A．采用半连续铸造方法制备镁合金铸锭，规格为Ф200mm～Ф400mm，长度≥3000mm；均匀化处理；
B．在400℃～530℃加热坯料，保温2h～3h；
C．对上下平砧进行加热，温度为420℃～550℃；
D．在液压机上进行慢速多道次高温锻造，锻造道次压下量为40%～60%；每2～3道次后进行回炉退火，退火时间为0.5h～1h。
2.根据权利1要求所述的一种高强耐热镁合金锻造方法，其特征在于：B步骤的坯料加热温度为450℃～530℃。
3.根据权利1要求所述的一种高强耐热镁合金锻造方法，其特征在于：上下平砧加热温度比坯料加热温度高20℃～50℃，上下平砧加热温度为470℃～550℃。
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