CN103276329B - 高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺 - Google Patents

高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺 Download PDF

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Abstract

高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，涉及有色金属的生产加工工艺技术领域。先对镁合金铸锭进行去除表面氧化皮和表面褶皱、倒角，然后再依次进行均匀化退火、等温约束镦粗、热穿孔与等温反挤压、剖开并等温展平、调制等温轧制、热处理及抛光处理。本发明工艺使得镁合金板材具有高强度的性能特征，可以实现大规格、高强度镁合金板的成形。

Description

高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺
技术领域
本发明涉及有色金属的生产加工工艺技术领域。
背景技术
镁合金具有良好的导电、导热性，电磁屏蔽性良好，比强度和比刚度高，减震性好，切削加工和尺寸稳定性佳，易回收，有利于环保等优点，在航空航天、交通工具、电子通讯等行业有极大的应用前景，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。但由于镁合金属于密排六方结构，室温塑性较低，成型能力差，大大限制了镁合金应用。
目前对于变形镁合金的板材的生产主要集中于热轧制、热挤压、连铸连轧这几种变形方式，热轧制板材和连铸连轧板材开坯易开裂，成型后综合性能较差，热挤压板尺寸较小、各向异性较大，极大限制了大规格高强度变形镁合金的推广应用。
特别是对于抗拉强度大于350MPa、厚度达到50mm，超宽超长形工件的加工更是难上加难。
发明内容
本发明目的在于提出一种成型好、有利于提高板材的综合力学性能的大规格高强度镁合金板材的一种加工工艺。
本发明技术方案是：先对镁合金铸锭进行去除表面氧化皮和表面褶皱、倒角，然后再依次进行均匀化退火、等温约束镦粗、热穿孔与等温反挤压、剖开并等温展平、调制等温轧制、热处理及抛光处理。
本发明的优点是：
1、采用本发明方法制备的镁合金板晶粒尺寸均匀且实现细化或超细化，从而使得镁合金板材具有高强度的性能特征。
2、本发明使用等温约束镦粗一些不易变形镁合金开坯困难，选择等温约束镦粗+等温反挤压的方法实现了难变形镁合金的开坯，为后续塑性加工可供可能。
3、热反挤压相对其他挤压方法，在挤压坯料、温度、规格等情况相同时，挤压力小，变形均匀，一次性挤压生产效率更高，等温反挤压在挤压成型区域镁合金流动变形均匀、温度稳定，从而获得精度高、组织与性能优良，各向异性小的镁合金挤压管。
4、通过剖开并展平工艺，可以实现大规格、高强度镁合金板的成形。
5、通过本发明工艺生产出得镁合金板材，屈服强度、抗拉强度等指标均高于同牌号镁合金实际生产中使用铸轧、热轧或温轧、挤压等现有生产工艺生产的产品，可加工的产品规格尺寸为：厚度0.3～50mm，宽度1200～3000mm，长度2500～4500mm。
另外，本发明所述等温约束镦粗是：在封闭的、具有设定尺寸和形状的、温度恒定的模具中进行，使用塑性的金属或合金包套对镁合金坯料进行约束，镦粗温度控制在300～480℃。
所述热穿孔是：在镦粗后在镁合金坯料中心穿出直径15～250mm的中心孔，热穿孔的速度控制在0.01～100mm/min。
所述等温反挤压是：在等温条件下，将镁合金坯料在钢制模具中进行反挤压，成为筒状镁合金坯料。
在等温反挤压过程中，反挤压用的模筒、冲头和挤压垫的保温温度不低于坯料温度的250±20℃。
所述剖开并等温展平是：将管状镁合金坯料从钢或其他金属及合金包套中取出，沿与所述管状镁合金料的轴线平行的一侧对管状镁合金料进行剖切，然后通过展板机组将剖开的管状镁合金坯料展开成平板。
将所述管状镁合金料在展开成板前预热至150～400℃。
所述调制等温轧制是：在轧机上先进行等温轧制，再降温进行常温轧制；并采用交叉方法轧制，即轧制时，每轧制一道次后以一定角度改变轧制方向，再进行后一道轧制，或在同一个方向多道次轧制后再改变轧向进行轧制。
所述等温轧制是在150～350℃轧制温度条件下，压下量为板厚度的1.5～25%，轧制速度为1～1000mm/s。
所述常温轧制是：在室温下，压下量为板厚度的0.5～10%，轧制速度为0.5～500mm/s。
具体实施方式
一、生产实例：下面结合牌号ZK61，形成的产品规格要求28mm×1800 mm×2100 mm的镁合金板材生产为例进行说明。
1、锭坯准备：去除镁合金圆锭坯的表面氧化皮和表面褶皱，再将锭坯边角倒钝，原料尺寸：Ф450mm*900mm。
2、均匀化处理：将锭坯置于390℃的温度环境下保温20小时。
3、锭坯加热：将锭坯加热至表面温度430℃，保温时间8h。
4、包套等温约束镦粗、热穿孔：
在封闭的、具有设定尺寸和形状的、温度恒定的模具中进行，使用塑性的金属或合金包套对镁合金坯料进行约束，镦粗温度控制在300～480℃。
08钢外包套尺寸：Ф470mm*10*900mm。
镦粗温度430℃，镦粗速度：30mm/min。
镦粗前尺寸：Ф470mm*900mm
镦粗后尺寸为：Ф610mm*500mm。
在镦粗后在镁合金坯料中心穿出直径Ф100mm的中心孔，热穿孔的速度控制在0.01～100mm/min。，脱模，去除包套。
5、等温反挤压：
将镁合金坯料在钢制模具中进行反挤压，成为筒状镁合金坯料。反挤压用的模筒、冲头和挤压垫的保温温度不低于坯料温度的250±20℃。挤压温度390℃，挤压速度40mm/min，挤压后规格：Ф600mm*20mm*3200mm。
6、等温展开：
将管状镁合金坯料从钢或其他金属及合金包套中取出，预热至150～400℃，沿管状镁合金料的轴线平行的一侧对管状镁合金料进行切开，然后通过展板机组将管状镁合金料展开成板。展开温度为350℃。展开规格：3200mm*1820*20mm。
7、调制等温轧制：
在轧机上先进行等温轧制，再降温进行常温轧制；并采用交叉方法轧制，即轧制时，每轧制一道次后以一定角度改变轧制方向，再进行后一道轧制，或在同一个方向多道次轧制后再改变轧向进行轧制。
等温轧制是在150～350℃轧制温度条件下，压下量为板厚度的1.5～25%，轧制速度为1～1000mm/s。
常温轧制是：在室温下，压下量为板厚度的0.5～10%，轧制速度为0.5～500mm/s。
轧制前进行切边处理，规格为3000mm*1750*20mm。温轧时，镁合金板材表面温度为250℃，道次压下率为10%。轧制时，在同一个长边方向多道次轧制后再沿短边方向轧制。
8、锯切、表面清理：在常温下将毛边切除，表面不平以及润滑剂磨光。轧制成品（切边后）规格为：4510*1700*12mm。
9、产品的机械性能检测：强度高，各向异性差异小。其中沿挤压方向、垂直挤压方向，与挤压方向成45°夹角方向的抗拉及屈服强度相差很小，其中Rm=358～382Mpa，R0.2=315～336MPa。
10、涂油包装：对成品进行涂油包装入库。
二、与常规生产镁合金板材工艺生产的镁合金板材规格（长宽）及性能对比：
（1）常规热轧制镁合金板材轧制困难，易产生热裂纹，板材规格宽度不大于：1800mm。
[0040] 常规热轧制镁合金板沿轧制方向：Rm=300MPa，R0.2=260MPa。
     本发明工艺形成的镁合金板与轧制方向成45°：Rm=282MPa,R0.2=249MPa。
（2）常规热挤压镁合金板材板材规格宽度不大于：600mm，挤压设备昂贵需几个亿，沿挤出平行方向：Rm=340MPa,R0.2=270MPa。
本发明工艺形成的镁合金板与挤出方向成45°：Rm=322MPa。

Claims (7)

1.高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，先对镁合金铸锭进行去除表面氧化皮和表面褶皱、倒角，然后再依次进行均匀化退火、等温约束镦粗、热穿孔、等温反挤压、剖开并等温展平、调制等温轧制、热处理及抛光处理；所述等温约束镦粗是：在封闭的、具有设定尺寸和形状的、温度恒定的模具中进行，使用塑性的金属或合金包套对镁合金坯料进行约束，镦粗温度控制在300～480℃；所述调制等温轧制是：在轧机上先进行等温轧制，再降温进行常温轧制；并采用交叉方法轧制，即轧制时，每轧制一道次后以一定角度改变轧制方向，再进行后一道轧制，或在同一个方向多道次轧制后再改变轧向进行轧制。
2.根据权利要求1所述高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，其特征在于所述热穿孔是：在镦粗后在镁合金坯料中心穿出直径15～250mm的中心孔，热穿孔的速度控制在0.01～100mm/min。
3.根据权利要求1所述高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，其特征在于所述等温反挤压是：在等温条件下，将镁合金坯料在钢制模具中进行反挤压，成为筒状镁合金坯料。
4.根据权利要求1所述高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，其特征在于所述剖开并等温展平是：将管状镁合金坯料从钢或其他金属及合金包套中取出，沿与所述管状镁合金料的轴线平行的一侧对管状镁合金料进行剖切，然后通过展板机组将剖开的管状镁合金坯料展开成平板。
5.根据权利要求4所述高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，其特征在于将所述管状镁合金料在展开成板前预热至150～400℃。
6.根据权利要求1所述高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，其特征在于所述等温轧制是在150～350℃轧制温度条件下，压下量为板厚度的1.5～25%，轧制速度为1～1000mm/s。
7.根据权利要求1所述高强度镁合金大规格板材的等温加工工艺，其特征在于所述常温轧制是：在室温下，压下量为板厚度的0.5～10%，轧制速度为0.5～500mm/s。
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