CN103397234A - 一种纺织机械用镁合金及其型材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轻质金属材料的合成加工技术领域，更具体涉及一种纺织机械用镁合金及其型材的制备方法。本发明在商用镁合金的基础上，严格控制部分合金元素含量，通过挤压前处理和挤压工艺的调整与配合，获得的新型纺织机械用镁合金型材尺寸稳定、精度高，各项性能可靠，外观尺寸上无需进行二次加工，残余应力基本完全消除。采用本发明的制备方法挤压出的镁合金型材应用于纺织机械中，对减少能耗、降低成本起到积极效果。

Description

一种纺织机械用镁合金及其型材的制备方法

技术领域

本发明属于轻质金属材料的合成加工技术领域，更具体涉及一种纺织机械用镁合金及其型材的制备方法。

背景技术

纺织工业是传统工业，随着经济发展对产品能耗的约束越来越严格以及对生产成本的降低幅度力度越来越高，我国的纺织工业已进入改造与升级阶段，且进展很快。高端自动化、智能化纺织装备是纺织工业发展趋势，大力提升纺机装备水平是促进纺织工业快速升级的有效手段之一。

为了减轻设备重量、降低能耗并提高生产效率，铝合金在纺织机械中得到广泛应用，使设备在减轻重量、耐用性等方面有了大幅度的改进。与镁合金相比，铝合金的密度较大，约为镁合金的1.5倍，在对设备的重量减轻方面优势不足，且镁合金的吸震性能良好，即使是在纺机高速运转情况下亦可达到吸震降噪的作用，可提高设备的稳定性并减少能耗。

近年来，碳纤维增强塑料也在纺机型材中尝试应用。碳纤维增强塑料的密度虽然比镁合金低，但其成本高，且其目前仅限于一次成型而无法进行后续加工，使得零件在装配和使用过程中受到很大限制。

镁合金的诸多优点为其在纺织机械中的应用提供了宽广空间，其挤压型材可应用于经编机、精梳机、细砂机等纺织机械上。但由于镁为密排六方晶体结构，镁合金塑性变形能力较差，因此镁合金产品大部分使用铸造工艺来实现。镁合金室温下塑性加工相对较为困难，且热加工后的残余应力难以消除，对大尺寸或高精度型材或零件的生产与后续加工带来不利影响。

因此，目前市场上迫切需要开发一种生产效率高、成材率高、成本相对较低的纺织机械用镁合金型材及其制备方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种纺织机械用镁合金及其型材的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纺织机械用镁合金，采用AZ31镁合金，以重量百分比计，其组分为：Zn：0.8～1.0wt.%、Al：3.0～3.5wt.%、Mn≤0.2wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质；

或采用AZ61镁合金，以重量百分比计，其组分为：Zn：0.5～0.7wt.%、Al：5.5～6.0wt.%、Mn≤0.2wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质；

或采用ZK60镁合金，以重量百分比计，其组分为：Zr：0.1～0.3wt.%、Zn：5.5～6.0wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质。

制备方法，步骤如下：

①熔制原料：根据挤压型材供货时的性能要求，选择并确定合金成分，根据合金元素的重量百分比要求，熔制镁合金原料制成镁合金铸锭；

②均匀化处理：将步骤①熔制得到的镁合金铸锭去除表皮，放入电阻炉加热至400～420℃保温6～10h进行均匀化处理，均匀化处理后随炉缓慢冷却至室温；

③挤压前处理：将步骤②均匀化处理后的镁合金铸锭加热至335～365℃保温2h，再缓慢加热至395～425℃保温2h后，降温至380～400℃保温1h，同时将挤压模具放入恒温模具加热炉加热至385～415℃后保温；

④挤压成型：将步骤③得到的挤压模具取出，装配至挤压机中，取出步骤③得到的镁合金铸锭，装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型，挤压成型得到纺织机械用镁合金型材。

在一些实施方式中，步骤④挤压成型得到纺织机械用镁合金型材直接利用纺织机械用镁合金型材自身的余温进行矫直，矫直后的型材自然冷却至室温。

在一些实施方式中，矫直后的纺织机械用镁合金型材在室温状态下进行二次整形，并采用机械振动消除残余应力。

在一些实施方式中，矫直时，所述纺织机械用镁合金型材的表面温度为185～215℃。

在一些实施方式中，步骤④中的挤压速率为3～6m/min。

在一些实施方式中，步骤③中的挤压前处理工序中将镁合金铸锭加热至350℃保温2h，再缓慢加热至410℃保温2h后，降温至380～400℃保温1h，同时将挤压模具放入恒温模具加热炉加热至400℃后保温。

本发明的优点是：

⑴本发明所述的纺织机械用镁合金型材，与同类铝型材相比，因为镁及其合金密度比铝低，所以用镁合金制造出的零件重量减少，零件成本下降，综合加工成本亦有一定幅度下降，因为零件重量减低了，将零件安装在主机上长期运行能耗会降低，其总的成本下降幅度将会更加明显，经济效益显而易见。

⑵采用本发明所述的制备方法生产的纺织机械用镁合金型材时，生产能耗较低，尤其是充分利用了型材挤压后的余温进行矫直，避免了传统工艺中回炉加温所产生的额外能耗。

⑶采用本发明所述的镁合金成分配比和制备方法生产的纺织机械用镁合金型材表面质量好，成材率高，有效降低生产成本，型材尺寸稳定、精度高，各项性能可靠，外观尺寸上无需进行二次加工；纺织机械用镁合金型材的残余应力基本完全消除，在后续的二次加工（如钻孔、铣槽等）中不会出现变形、翘曲等现象，保证了型材的正常使用，满足了自动装配等方面的多样要求；

（4）Mg-Al-Zn镁合金中，少量的Mn可提高镁合金的焊接性能和耐热性能；当Al含量小于10%时，随Al含量的增加镁合金的抗拉强度提高，伸长率则随着Al含量的增加先提高后下降，所以所述的AZ61合金的强度相对AZ31合金较高，因此AZ61合金往往用于生产强度要求较高的纺机型材；Zn在镁合金中一方面表现为自身的固溶强化，另一方面，少量的Zn可以增加Al在Mg中的溶解度，提高Al的固溶强化，但就挤压成型性能而言，Zn含量的增加对镁合金挤压过程中的焊合、挤压后型材的表面质量均产生一定的影响，因此所述AZ31和AZ61合金中严格控制Zn含量，且随着合金中Al含量的增加，Zn含量适当降低。

在ZK60镁合金中，当Zn含量小于6%时，随着Zn含量增加，抗拉强度和屈服强度升高，延伸率降低，但当Zn含量大于6%时，随着Zn含量增加，抗拉强度和屈服强度反而减低，延伸率降低更多，所以Mg-Zn镁合金中的Zn含量一般小于6%；Zr对ZK60镁合金的力学性能影响非常大，其主要原因是由于Zr可以细化镁合金晶粒，进而提高合金强度，且当少量Zr固溶到镁基体中时，由于固溶强化的作用使得合金性能得到进一步提高。目前，ZK60镁合金型材的抗拉强度可超过310MPa，但当Zr含量大于0.3%时，ZK60合金在挤压过程中的变形抗力会明显增加，为了保证实际生产中的连续挤压，就不得不下调挤压速度，最终导致模具温度快速下降，严重影响挤压生产，且较高的Zr含量不利于镁合金型材良好表面质量的获得，因此所述ZK60合金中严格控制Zr元素含量。

附图说明

图1是本发明采用具体实施方式一制备的纺织机械用镁合金型材的截面结构示意图；

图2是本发明采用具体实施方式二制备的纺织机械用镁合金型材的截面结构示意图；

图3是本发明采用具体实施方式三制备的纺织机械用镁合金型材的截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一：

图1为纺织机械用槽针床的截面图，根据使用要求该纺织机械用镁合金型材抗拉强度需不小于230MPa,直线度要求不大于0.5mm/3m，扭曲要求不大于0.5mm/3m，并结合型材截面特征，选用AZ31镁合金。

纺织机械用槽针床的镁合金型材制备方法，其包括以下步骤：

步骤1：根据挤压型材供货时的尺寸要求，充分考虑矫直夹头、切割余量等因素，计算出所需镁锭的尺寸及重量，做到合理下料，熔制镁合金原料制成AZ31镁合金铸锭，以重量百分比计，AZ31镁合金铸锭的合金元素中Zn含量为1.0wt.%、Al：3.0～3.5wt.%、Mn≤0.2wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质。

步骤2：将AZ31镁合金铸锭去除表皮，放入电阻炉将AZ31镁合金铸锭加热至400℃保温6h均匀化处理后空冷至室温备用。

步骤3：将均匀化处理后的AZ31镁合金铸锭重新装炉加热至350℃保温2h，再缓慢升温至410℃保温2h后，再降温至380℃保温1h，同时将挤压纺织机械用槽针床的镁合金型材的专用模具放入恒温模具加热炉加热至400℃后保温待用。

步骤4：将保温后的模具取出，装配至挤压机，迅速取出AZ31镁合金铸锭并装填至挤压模具的挤压筒进行热挤压成型，控制AZ31镁合金铸锭表面温度为360℃以上，挤压速率控制在6m/min左右，即可获得高尺寸精度的纺织机械用槽针床的镁合金型材。待挤出的镁合金型材表面温度降至185～215℃时，利用型材自身的余温对挤压型材进行拉伸矫直，矫直后的型材自然冷却至室温。将型材在室温状态下进行二次整形，并采用机械振动法消除残余应力。对型材性能和尺寸进行检测，合格型材根据供货尺寸要求进行切取、包装与发货。

实施例二：

图2为纺织机械用针芯床的截面图，根据使用要求该纺织机械用镁合金型材抗拉强度需不小于280MPa,型材表面硬度较高并具备一定的耐磨性，直线度要求不大于0.5mm/3m，扭曲要求不大于0.5mm/3m，并结合型材截面特征，选用AZ61镁合金。

纺织机械用针芯床的镁合金型材制备方法，其包括以下步骤：

步骤1：根据挤压型材供货时的尺寸要求，充分考虑矫直夹头、切割余量等因素，计算出所需镁锭的尺寸及重量，做到合理下料，熔制镁合金原料制成AZ61镁合金铸锭，以重量百分比计，AZ61镁合金铸锭的合金元素中Zn含量为0.6wt.%、Al：5.5～6.0wt.%、Mn≤0.2wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质。

步骤2：将AZ61镁合金铸锭去除表皮，放入电阻炉将AZ61镁合金铸锭加热至410℃保温6h均匀化处理后空冷至室温备用。

步骤3：将均匀化处理后的AZ61镁合金铸锭重新装炉加热至350℃保温2h，再缓慢升温至410℃保温2h后，再降温至390℃保温1h，同时将挤压纺织机械用针芯床的镁合金型材的专用模具放入恒温模具加热炉加热至400℃后保温待用。

步骤4：将保温后的模具取出，装配至挤压机，迅速取出AZ61镁合金铸锭并装填至挤压模具的挤压筒进行热挤压成型，控制AZ61镁合金铸锭表面温度为370℃以上，挤压速率控制在4m/min左右，即可获得高尺寸精度的纺织机械用针芯床的镁合金型材。待挤出的镁合金型材表面温度降至185～215℃时，利用型材自身的余温对挤压型材进行拉伸矫直，矫直后的型材自然冷却至室温。将型材在室温状态下进行二次整形，并采用机械振动法消除残余应力。对型材性能和尺寸进行检测，合格型材根据供货尺寸要求进行切取、包装与发货。

实施例三：

图3为纺织机械用梳栉的截面图，根据使用要求该纺织机械用镁合金型材抗拉强度需不小于330MPa,型材表面硬度较高并具备一定的耐磨性，直线度要求不大于0.4mm/3m，扭曲要求不大于0.3mm/3m，并结合型材截面特征，选用ZK60镁合金。

纺织机械用梳栉的镁合金型材制备方法，其包括以下步骤：

步骤1：根据挤压型材供货时的尺寸要求，充分考虑矫直夹头、切割余量等因素，计算出所需镁锭的尺寸及重量，做到合理下料，熔制镁合金原料制成ZK60镁合金铸锭，以重量百分比计，ZK60镁合金铸锭的合金元素中Zr含量为0.2wt.%、Zn：5.5～6.0wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质。

步骤2：将ZK60镁合金铸锭去除表皮，放入电阻炉将AZ61镁合金铸锭加热至420℃保温8h均匀化处理后空冷至室温备用。

步骤3：将均匀化处理后的ZK60镁合金铸锭重新装炉加热至350℃保温2h，再缓慢升温至410℃保温2h后，再降温至400℃保温1h，同时将挤压纺织机械用梳栉的镁合金型材的专用模具放入恒温模具加热炉加热至400℃后保温待用。

步骤4：将保温后的模具取出，装配至挤压机，迅速取出ZK60镁合金铸锭并装填至挤压模具的挤压筒进行热挤压成型，控制ZK60镁合金铸锭表面温度为380℃以上，挤压速率控制在3m/min左右，即可获得高尺寸精度的纺织机械用针芯床的镁合金型材。待挤出的镁合金型材表面温度降至185～215℃时，利用型材自身的余温对挤压型材进行拉伸矫直，矫直后的型材自然冷却至室温。将型材在室温状态下进行二次整形，并采用机械振动法消除残余应力。对型材性能和尺寸进行检测，合格型材根据供货尺寸要求进行切取、包装与发货。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种纺织机械用镁合金，其特征在于，

采用AZ31镁合金，以重量百分比计，其组分为：Zn：0.8～1.0wt.%、Al：3.0～3.5wt.%、Mn≤0.2wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质；

或采用AZ61镁合金，以重量百分比计，其组分为：Zn：0.5～0.7wt.%、Al：5.5～6.0wt.%、Mn≤0.2wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质；

或采用ZK60镁合金，以重量百分比计，其组分为：Zr：0.1～0.3wt.%、Zn：5.5～6.0wt.%，其余部分含有Mg及不可避免的杂质。

2.一种制备根据权利要求1所述的纺织机械用镁合金型材的方法，其特征在于步骤如下：

①熔制原料：根据挤压型材供货时的性能要求，选择并确定合金成分，根据合金元素的重量百分比要求，熔制镁合金原料制成镁合金铸锭；

②均匀化处理：将步骤①熔制得到的镁合金铸锭去除表皮，放入电阻炉加热至400～420℃保温6～10h进行均匀化处理，均匀化处理后随炉冷却至室温；

③挤压前处理：将步骤②均匀化处理后的镁合金铸锭加热至335～365℃保温2h，再加热至395～425℃保温2h后，降温至380～400℃保温1h，同时将挤压模具放入恒温模具加热炉加热至385～415℃后保温；

④挤压成型：将步骤③得到的挤压模具取出，装配至挤压机中，取出步骤③得到的镁合金铸锭，装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型，挤压成型得到纺织机械用镁合金型材。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤④挤压成型得到纺织机械用镁合金型材直接利用纺织机械用镁合金型材自身的余温进行矫直，矫直后的型材自然冷却至室温。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述矫直后的纺织机械用镁合金型材在室温状态下进行二次整形，并采用机械振动消除残余应力。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，矫直时，所述纺织机械用镁合金型材的表面温度为185～215℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤④中的挤压速率为3～6m/min。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤③中的挤压前处理工序中将镁合金铸锭加热至350℃保温2h，再缓慢加热至410℃保温2h后，降温至380～400℃保温1h，同时将挤压模具放入恒温模具加热炉加热至400℃后保温。

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