CN102828135B - Zm8高强度镁合金的组合锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善ZM8镁合金锻件性能的锻造方法，通过拔长、退火、涂层以及激光淬火获得了良好的金相组织、力学性能以及表面耐受性，该方法可大幅度提高ZM8镁合金锻件的强度和韧性，而这种更高强度、更多样化力学性能的镁合金应具有更广泛的市场应用前景和更广阔的发展空间。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属合金的锻造方法。
背景技术
近年来，镁合金一种高强度、高韧性的良好合金得到飞速的发展和广泛的应用，但绝大多数都是压铸镁合金产品，但由于压铸镁合金本身存在难以避免的缺陷，如铸造缺陷、壁厚不能过薄和性能难以满足承载零部件的要求等，因此在很大程度上限制了压铸镁合金进一步应用。如果对镁合金进行适当的变形和后续热处理，可大幅度提高其强度和韧性，而这种更高强度、更多样化力学性能的镁合金应具有更广泛的市场应用前景和更广阔的发展空间。
一般的镁合金通常具有α和β两相。在两相镁合金的锻造方法方面，现有技术中通常使用一种镁合金准β锻造工艺，采用该工艺对α+β型两相镁合金进行准β锻时，是把镁合金坯料加热到β相变点温度附近的区域，但是在这一区域加热时，由于坯料在出炉后的降温，锻件的变形实际上是在α+β区进行的，因此虽然采用该方法可以获得高塑性的α相镁合金，但由于初生α相所占比例较少，因此采用该方法生产的α+β型两相镁合金的强度和韧性仍不够理想。对于α+β型两相镁合金的锻造而言，要想获得较理想的各项性能较好的锻件，除了坯料的加热温度之外，还需要进一步改进模具温度、变形量、应变速率等参数。
另外，由于镁合金锻件通常应用于外部条件严峻的环境中，因此除了其强度和韧性外，其表面的耐高温和耐氧化程度也具有较高要求，如果单纯裸露表面，其外观光滑度、平整度等会受到很大影响，导致其使用寿命短。因此需要研发一种提高两相镁合金强度、韧性以及表面耐高温、耐氧化的镁合金锻造方法，以满足生产需要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种改善ZM8镁合金锻件性能的锻造方法，通过拔长、退火、涂层以及激光淬火获得了良好的金相组织、力学性能以及表面耐受性。
本发明的ZM8高强度镁合金的组合锻造方法包括以下步骤：
（1）：将锻造炉温升至850℃～900℃的同时，将镁合金装炉并保温100～120分钟均温，然后升温到1150±10℃，保温60～90分钟，制成待锻坯；
（2）：对待锻坯进行宽砧拔长变形，将锻件的横断面由圆形→四方形断面→八边形断面→矩形断面的顺序进行拔长，具体步骤如下：
a)锻砧的砧宽W与铸锭的原始高度h0之比W: h0=0.7, 对铸坯进行四方形断面拔长，使心部较大的原始β晶粒破碎，制成四方形断面的锻坯；
b)将四方形断面的锻坯沿四方断面的一根对角线方向锻造而形成六边形断面，将六边形断面的锻坯翻转90°后再沿四方断面的另一根对角线锻造后制成八边形锻坯；
c)将八边形锻坯沿着与锻造砧上下平面垂直的方向翻转锻造，形成六方形断面的锻坯并进行六方断面拔长，最后再以矩形断面拔长促使大小变形区轮番在坯料的中心和边缘转移制成锻件；
（3）：将锻件置于850℃～900℃的炉温下保温90～120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯；
（4）：喷涂吸光涂层，其包括：先对锻件的表面除锈去污，再用无水乙醇擦拭干净；然后用喷枪将吸光剂均匀地喷涂在锻件的表面上，干燥后吸光剂在锻件的待淬火的表面上形成一层黑色的吸光涂层，所述吸光涂层厚度为30～40微米，获得涂层锻件。
（5）：激光辐射淬火，其包括：将所述涂层锻件夹持在卡盘上，将宽带激光机的激光束聚焦形成的矩形焦点光斑与涂层锻件的涂层面正交，矩形焦点光斑的长边与涂层工件的轴线平行，涂层锻件匀速旋转，使宽带激光束对涂层锻件的涂层面进行辐射淬火，宽带激光束的矩形焦点光斑在涂层锻件的涂层面上形成无缝、螺旋线形的辐射加工轨迹；之后，用砂布对淬火面进行抛光。
其中，
步骤（1）中，优选地，将锻造炉温升至850℃～900℃的同时，将镁合金装炉并保温110分钟均温，然后升温到1150±10℃，保温85分钟，制成待锻坯；
步骤（3）中优选地，将锻件置于850℃～900℃的炉温下保温120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯；
步骤（4）中优选地，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.2米/分钟～1.6米/分钟，进给速度为8.8~9.6毫米/周；更优选地，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.4米/分钟，进给速度为9.2毫米/周；
步骤（5）中优选地，宽带激光机为CO2激光机，功率3.2～3.6kW，矩形焦点光斑为10毫米×2毫米～14毫米×4毫米；更优选地，功率3.4kW，矩形焦点光斑为12毫米×3毫米。
以下结合具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的ZM8高强度镁合金的组合锻造方法包括以下步骤：
（1）：将锻造炉温升至850℃～900℃的同时，将镁合金装炉并保温100～120分钟均温，然后升温到1150±10℃，保温60～90分钟，制成待锻坯。
优选地，将锻造炉温升至850℃～900℃的同时，将镁合金装炉并保温110分钟均温，然后升温到1150±10℃，保温85分钟，制成待锻坯；
（2）：对待锻坯进行宽砧拔长变形，将锻件的横断面由圆形→四方形断面→八边形断面→矩形断面的顺序进行拔长，具体步骤如下：
a)锻砧的砧宽W与铸锭的原始高度h0之比W: h0=0.7, 对铸坯进行四方形断面拔长，使心部较大的原始β晶粒破碎，制成四方形断面的锻坯；
所述的四方断面拔长是指：对铸锭进行沿着长度方向、每次压下量15～25mm的拔长处理；
b)将四方形断面的锻坯沿四方断面的一根对角线方向锻造而形成六边形断面，将六边形断面的锻坯翻转90°后再沿四方断面的另一根对角线锻造后制成八边形锻坯；
c)将八边形锻坯沿着与锻造砧上下平面垂直的方向翻转锻造，形成六方形断面的锻坯并进行六方断面拔长，最后再以矩形断面拔长促使大小变形区轮番在坯料的中心和边缘转移制成锻件；
所述的六方断面拔长是指：每次拔长后的断面为正六边形。
所述的矩形断面拔长是指：每次拔长后的断面为矩形。
（3）：将锻件置于850℃～900℃的炉温下保温90～120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯。
优选地，将锻件置于850℃～900℃的炉温下保温120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯；
（4）：喷涂吸光涂层，其包括：先对锻件的表面除锈去污，再用无水乙醇擦拭干净；然后用喷枪将吸光剂均匀地喷涂在锻件的表面上，干燥后吸光剂在锻件的待淬火的表面上形成一层黑色的吸光涂层，所述吸光涂层厚度为30～40微米，获得涂层锻件。
其中，优选地，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.2米/分钟～1.6米/分钟，进给速度为8.8~9.6毫米/周；更优选地，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.4米/分钟，进给速度为9.2毫米/周；
（5）：激光辐射淬火，其包括：将所述涂层锻件夹持在卡盘上，将宽带激光机的激光束聚焦形成的矩形焦点光斑与涂层锻件的涂层面正交，矩形焦点光斑的长边与涂层工件的轴线平行，涂层锻件匀速旋转，使宽带激光束对涂层锻件的涂层面进行辐射淬火，宽带激光束的矩形焦点光斑在涂层锻件的涂层面上形成无缝、螺旋线形的辐射加工轨迹；之后，用砂布对淬火面进行抛光。
其中，优选地，宽带激光机为CO2激光机，功率3.2～3.6kW，矩形焦点光斑为10毫米×2毫米～14毫米×4毫米；更优选地，功率3.4kW，矩形焦点光斑为12毫米×3毫米。
实施1
本发明的ZM8高强度镁合金的组合锻造方法包括以下步骤：
（1）：将锻造炉温升至870℃的同时，将镁合金装炉并保温110分钟均温，然后升温到1150℃，保温85分钟，制成待锻坯。
（2）：对待锻坯进行宽砧拔长变形，将锻件的横断面由圆形→四方形断面→八边形断面→矩形断面的顺序进行拔长，具体步骤如下：
a)锻砧的砧宽W与铸锭的原始高度h0之比W: h0=0.7, 对铸坯进行四方形断面拔长，使心部较大的原始β晶粒破碎，制成四方形断面的锻坯；
所述的四方断面拔长是指：对铸锭进行沿着长度方向、每次压下量20mm的拔长处理；
b)将四方形断面的锻坯沿四方断面的一根对角线方向锻造而形成六边形断面，将六边形断面的锻坯翻转90°后再沿四方断面的另一根对角线锻造后制成八边形锻坯；
c)将八边形锻坯沿着与锻造砧上下平面垂直的方向翻转锻造，形成六方形断面的锻坯并进行六方断面拔长，最后再以矩形断面拔长促使大小变形区轮番在坯料的中心和边缘转移制成锻件；
所述的六方断面拔长是指：每次拔长后的断面为正六边形。
所述的矩形断面拔长是指：每次拔长后的断面为矩形。
（3）：将锻件置于870℃的炉温下保温120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯。
（4）：喷涂吸光涂层，其包括：先对锻件的表面除锈去污，再用无水乙醇擦拭干净；然后用喷枪将吸光剂均匀地喷涂在锻件的表面上，干燥后吸光剂在锻件的待淬火的表面上形成一层黑色的吸光涂层，所述吸光涂层厚度为35微米，获得涂层锻件。
其中，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.4米/分钟，进给速度为9.2毫米/周；
（5）：激光辐射淬火，其包括：将所述涂层锻件夹持在卡盘上，将宽带激光机的激光束聚焦形成的矩形焦点光斑与涂层锻件的涂层面正交，矩形焦点光斑的长边与涂层工件的轴线平行，涂层锻件匀速旋转，使宽带激光束对涂层锻件的涂层面进行辐射淬火，宽带激光束的矩形焦点光斑在涂层锻件的涂层面上形成无缝、螺旋线形的辐射加工轨迹；之后，用砂布对淬火面进行抛光。
其中，宽带激光机为CO2激光机，功率3.4kW，矩形焦点光斑为12毫米×3毫米。
实施2
本发明的ZM8高强度镁合金的组合锻造方法包括以下步骤：
（1）：将锻造炉温升至900℃的同时，将镁合金装炉并保温110分钟均温，然后升温到1140℃，保温85分钟，制成待锻坯。
（2）：对待锻坯进行宽砧拔长变形，将锻件的横断面由圆形→四方形断面→八边形断面→矩形断面的顺序进行拔长，具体步骤如下：
a)锻砧的砧宽W与铸锭的原始高度h0之比W: h0=0.7, 对铸坯进行四方形断面拔长，使心部较大的原始β晶粒破碎，制成四方形断面的锻坯；
所述的四方断面拔长是指：对铸锭进行沿着长度方向、每次压下量25mm的拔长处理；
b)将四方形断面的锻坯沿四方断面的一根对角线方向锻造而形成六边形断面，将六边形断面的锻坯翻转90°后再沿四方断面的另一根对角线锻造后制成八边形锻坯；
c)将八边形锻坯沿着与锻造砧上下平面垂直的方向翻转锻造，形成六方形断面的锻坯并进行六方断面拔长，最后再以矩形断面拔长促使大小变形区轮番在坯料的中心和边缘转移制成锻件；
所述的六方断面拔长是指：每次拔长后的断面为正六边形。
所述的矩形断面拔长是指：每次拔长后的断面为矩形。
（3）：将锻件置于900℃的炉温下保温120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯。
（4）：喷涂吸光涂层，其包括：先对锻件的表面除锈去污，再用无水乙醇擦拭干净；然后用喷枪将吸光剂均匀地喷涂在锻件的表面上，干燥后吸光剂在锻件的待淬火的表面上形成一层黑色的吸光涂层，所述吸光涂层厚度为40微米，获得涂层锻件。
其中，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.5米/分钟，进给速度为9.0毫米/周；
（5）：激光辐射淬火，其包括：将所述涂层锻件夹持在卡盘上，将宽带激光机的激光束聚焦形成的矩形焦点光斑与涂层锻件的涂层面正交，矩形焦点光斑的长边与涂层工件的轴线平行，涂层锻件匀速旋转，使宽带激光束对涂层锻件的涂层面进行辐射淬火，宽带激光束的矩形焦点光斑在涂层锻件的涂层面上形成无缝、螺旋线形的辐射加工轨迹；之后，用砂布对淬火面进行抛光。
其中，宽带激光机为CO2激光机，功率3.5kW，矩形焦点光斑为12毫米×3毫米。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种ZM8高强度镁合金的组合锻造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）：将锻造炉温升至850℃～900℃的同时，将镁合金装炉并保温100～120分钟均温，然后升温到1150±10℃，保温60～90分钟，制成待锻坯；
（2）：对待锻坯进行宽砧拔长变形，将锻件的横断面由圆形→四方形断面→八边形断面→矩形断面的顺序进行拔长，具体步骤如下：
a)锻砧的砧宽W与铸锭的原始高度h0之比W:h0=0.7,对铸坯进行四方形断面拔长，使心部较大的原始β晶粒破碎，制成四方形断面的锻坯；
b)将四方形断面的锻坯沿四方断面的一根对角线方向锻造而形成六边形断面，将六边形断面的锻坯翻转90°后再沿四方断面的另一根对角线锻造后制成八边形锻坯；
c)将八边形锻坯沿着与锻造砧上下平面垂直的方向翻转锻造，形成六边形断面的锻坯并进行六边形断面拔长，最后再以矩形断面拔长促使大小变形区轮番在坯料的中心和边缘转移制成锻件；
（3）：将锻件置于850℃～900℃的炉温下保温90～120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯；
（4）：喷涂吸光涂层，其包括：先对锻件的表面除锈去污，再用无水乙醇擦拭干净；然后用喷枪将吸光剂均匀地喷涂在锻件的表面上，干燥后吸光剂在锻件的待淬火的表面上形成一层黑色的吸光涂层，所述吸光涂层厚度为30～40微米，获得涂层锻件；
（5）：激光辐射淬火，其包括：将所述涂层锻件夹持在卡盘上，将宽带激光机的激光束聚焦形成的矩形焦点光斑与涂层锻件的涂层面正交，矩形焦点光斑的长边与涂层工件的轴线平行，涂层锻件匀速旋转，使宽带激光束对涂层锻件的涂层面进行辐射淬火，宽带激光束的矩形焦点光斑在涂层锻件的涂层面上形成无缝、螺旋线形的辐射加工轨迹；之后，用砂布对淬火面进行抛光。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中，将锻造炉温升至850℃～900℃的同时，将镁合金装炉并保温110分钟均温，然后升温到1150±10℃，保温85分钟，制成待锻坯。
3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（3）中，将锻件置于850℃～900℃的炉温下保温120分钟退火处理，最后置于空气中冷却至室温制成轧坯。
4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（4）中，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.2米/分钟～1.6米/分钟，进给速度为8.8～9.6毫米/周。
5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（4）中，涂层锻件的涂层面匀速旋转的线速度为1.4米/分钟，进给速度为9.2毫米/周。
6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（5）中，宽带激光机为CO2激光机，功率3.2～3.6kW，矩形焦点光斑为10毫米×2毫米～14毫米×4毫米。
7.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（5）中，宽带激光机为CO2激光机，功率为3.4kW，矩形焦点光斑为12毫米×3毫米。
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