CN103451500B - 一种抗弯镁合金型材的挤压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗弯镁合金型材，该型材成分按重量百分比为：Al:5.5～7.0%、Zn:0.5～1.5%、Mn:0.15～0.5%、Si≤0.10%、Fe≤0.05%、Cu≤0.05%Ni≤0.005%、Be≤0.01%、其他≤0.3%，Mg为余量。提供一种抗弯镁合金型材的挤压方法。本发明的效果是该抗弯镁合金型材晶粒尺寸可以控制在6～15μm，室温下抗拉强度达到300～320Mpa。因此保证低温挤压工艺是本抗弯镁合金型材的主要特点。通过弯曲试验检测，相同实验条件下，320℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）达到1.3～1.5kN，360℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）为1.1～1.35kN，400℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）为1.0～1.25kN。因此，在320℃左右低温挤压温度下该抗弯镁合金型材表现出良好的弯曲性能。

Description

一种抗弯镁合金型材的挤压方法

技术领域

本发明涉及一种抗弯镁合金型材及其挤压方法。

背景技术

镁合金挤压型材成形容易、尺寸精度高、组织致密、机械性能高，可最大限度实现材料结构的一体化减重，是未来大规模推广镁合金应用的重点。型材的成功应用离不开弯曲、胀形、缩管等二次加工，单密六方结构的镁合金室温塑性变形能力弱，无法照搬钢、铝、铜等的二次塑性成形工艺，所以研究镁合金挤压型材弯曲成形性能极其变形行为是亟待解决的问题。

镁合金由于其突的优点，在客车、轮椅、休闲用品等领域的轻量化研究和应用中日益受到重视。型材弯曲是一种重要的结构形式，型材塑性加工由于容易满足塑性成形产品轻量化、强韧化和低耗、高效、精确制造等方面的要求，已成为2l世纪先进塑性加工技术研究与发展的一个重要方向。目前一些结构件型材均需要进行折弯。

发明内容

针对上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种抗弯镁合金型材及其挤压方法，以利于镁合金管型材的深加工的规模应用，提高产品质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种抗弯镁合金型材，其中：该型材成分按重量百分比为：Al:5.5～7.0%、Zn:0.5～1.5%Mn:0.15～0.5%、Si≤0.10%、Fe≤0.05%、Cu≤0.05%、Ni≤0.005%、Be≤0.01%其他≤0.3%，Mg为余量。

同时提供一种抗弯镁合金型材的挤压方法。

本发明的效果是该抗弯镁合金型材晶粒尺寸可以控制在6～15μm，室温下抗拉强度达到300～320Mpa。因此保证低温挤压工艺是本抗弯镁合金型材 的主要特点。通过弯曲试验检测，相同实验条件下，320℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）达到1.3～1.5KN，360℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）为1.1～1.35KN，400℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）为1.0～1.25KN。因此，在320℃左右低温挤压温度下该抗弯镁合金型材表现出良好的弯曲性能。

附图说明

图1（a）为本发明的一实施例热处理前挤压态金相图；

图1（b）为本发明的一实施例180℃*28h热处理后金相图；

图2（a）为本发明的一实施例热处理前挤压态金相图；

图2（b）为本发明的一实施例195℃*24h热处理后金相图；

图3为本发明的不同挤压温度挤压态镁合金应力-应变曲线；

图4为本发明的实施例一镁合金应力-应变曲线；

图5为本发明的实施例一弯曲试验力-位移曲线图；

图6为本发明的实施例二镁合金应力-应变曲线；

图7为本发明的实施例二弯曲试验力-位移曲线图。

具体实施方式

结合附图对本发明的一种抗弯镁合金型材及挤压方法加以说明。

本发明的抗弯镁合金型材，该型材成分按重量百分比为：Al:5.5～7.0%  Zn:0.5～1.5%  Mn:0.15～0.5%  Si≤0.10%  Fe≤0.05%  Cu≤0.05%  Ni≤0.005%  Be≤0.01%  其他≤0.3%，Mg为余量。

本发明的抗弯镁合金型材的挤压方法步骤：

1）配制镁合金原料：成分为：Al:5.5～7.0%  Zn:0.5～1.5%  Mn:0.15～0.5%  Si≤0.10%  Fe≤0.05%  Cu≤0.05%  Ni≤0.005%  Be≤0.01%  其他≤0.3%，Mg余量；

2）制成铸棒：将步骤1）溶制得到的镁合金原料通过半连铸工艺制成 镁合金铸棒；

3）挤压前处理：将步骤2）制成的镁合金棒在链条式电阻加热炉中进行加热至320～350℃，同时将挤压筒与模具进行预热处理，经过预热处理的该挤压筒温度控制在360～400℃，模具温度控制在360～400℃；

4）挤压成型：将步骤3）得到的模具取出装配至挤压机，并将镁合金铸棒装填至模具的挤压筒进行挤压成型，挤压成型得到镁合金型材，挤压杆速度为1～2m/s，挤压力为16～20MPa；

5）热处理：将步骤4）制出的型材放入温度为180～260℃时效炉中保温24～30h，空冷至室温。

所述抗弯镁合金型材性能为：晶粒尺寸控制在6～15μm；室温下抗拉强度达到300～320Mpa。

以下提供实施例对本发明的一种抗弯镁合金型材及挤压方法具体说明。

实施例一

1.原料根据成分配比要求，熔制镁合金原料，成分为（%）：Al:6.9  Zn:0.6  Mn:0.2  Si:0.10  Fe:0.05  Cu:0.05  Ni:0.005  Be:0.01  其他:0.3,Mg余量。

2.制成铸棒：将步骤1溶制得到的镁合金原料通过半连铸工艺制成直径为76mm长为170mm镁合金铸棒；

3.挤压前处理：将步骤2制成的镁合金棒在链条式电阻加热炉中进行加热至320℃，同时将挤压筒与模具进行预热处理，经过预热处理的该挤压筒温度控制在400℃，模具温度控制在380℃

4.挤压成型：将步骤3得到的挤压模具取出装配至挤压机，并将镁合金铸棒装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型，挤压成型得到直径为25mm壁厚1.2mm镁合金管材。挤压杆速度为1mm/s,可有效保证表面质量与成材率。挤压力18MPa。该种型材平均晶粒度8μm，如图1（a）-图2（b）所示，室温下抗拉强度为308Mpa。

5.热处理：将步骤4制作出的型材放入温度为180℃时效炉中保温28h，空冷至室温。该种型材室温下抗拉强度达到315MPa。如图4所示。

6.通过弯曲试验检测

弯曲试验方法条件：试样跨度：214mm；试样长度300mm；试验方向：压向；入口力：2.0N；控制方式及速度：位移控制，速度2mm/min；执行标准GB/T 9341-2008。

通过实验，直径为25mm壁厚1.2mm镁合金管材热处理后，其加载的最大弯曲力（管材最大抗弯力）为1.45kN。表现出优秀的抗弯效果，如图5所示。

实施例二

1.原料根据成分配比要求，熔制镁合金原料，成分为（%）：Al:6.0  Zn:1.0  Mn:0.2  Si:0.10  Fe:0.05  Cu:0.05  Ni:0.005  Be:0.01  其他:0.3,Mg余量。

2.制成铸棒：将步骤1溶制得到的镁合金原料通过半连铸工艺制成直径为76mm长为170mm镁合金铸棒；

3.挤压前处理：将步骤2制成的镁合金棒在链条式电阻加热炉中进行加热至330℃，同时将挤压筒与模具进行预热处理，经过预热处理的该挤压筒温度控制在390℃，模具温度控制在380℃

4.挤压成型：将步骤3得到的挤压模具取出装配至挤压机，并将镁合金铸棒装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型，挤压成型得到镁合金型材。挤压速度为1m/s,可有效保证表面质量与成材率。挤压力18MPa.该种型材平均晶粒度11.5μm如图所示，室温下抗拉强度为295Mpa。

5.热处理：将步骤4制作出的型材放入温度为195℃时效炉中保温24h，空冷至室温。该种型材室温下抗拉强度达到308MPa。

6.通过弯曲实验检测

弯曲试验方法条件：试样跨度：214mm；试样长度300mm；试验方向： 压向；入口力：2.0N；控制方式及速度：位移控制，速度2mm/min；执行标准GB/T 9341-2008。

通过实验，直径为25mm壁厚1.2mm镁合金管材热处理后，其加载的最大弯曲力（管材最大抗弯力）为1.40kN。表现出优秀的抗弯效果，如图6、7所示。

本发明的抗弯镁合金型材的挤压方法设计思想是基于：镁合金的变形折弯归根结底是属于一种塑性变形，这种变形属于等角速度的拉伸和压缩，弯曲出现裂纹或者褶皱，其核心属于拉伸断裂或者压缩断裂的结果。因此测量出不同温度、不同拉伸下的数据曲线，则可以对镁合金的变形有一个准确的判断。

在其他实验条件相同下，控制320℃、360℃、400℃三种挤压温度，实验得出挤压管材拉伸曲线如图3所示，320℃挤压温度抗拉强度为309Mpa，平均晶粒度为10μm左右；360℃挤压温度抗拉强度为295Mpa，平均晶粒度为18μm左右；400℃挤压温度抗拉强度为285Mpa，平均晶粒度为25μm左右。

这是由于不同挤压温度下型材，温度较高（如400℃）时挤压的型材在拉伸时产生的孪晶数量较多，型材的晶粒比较粗大时，在塑性变形过程中更易诱发孪晶的出现，对于挤压的型材，其室温变形主要由孪生诱发。三种挤压温度下制备的具有不同晶粒度的型材，其晶粒度随挤压温度的升高而增大，低温挤压的型材晶粒度较小，小晶粒可抑制孪晶的发生，因此型材的拉伸强度较高。挤压后的动态再结晶组织由大小不均匀的等轴晶粒组成。再结晶晶粒大小主要取决于挤压温度与应变速率。变形温度越高，再结晶组织的越均匀、晶粒越粗大。变形速率越大，再结晶晶粒越细小。晶粒越小，力学性能越好。本抗弯镁合金型材晶粒尺寸可以控制在6～15μm，室温下抗拉强度达到290～310Mpa。因此保证低温挤压工艺是本抗弯镁合金型材的主要特点。

后续的热处理工艺起到时效强化（析出强化），时效处理是镁基体中的过饱和Al析出，生成β相的过程。β相以连续析出方式析出弥散分布于镁基体中，由于β相强度高，可以提高该镁合金力学性能。因而，挤压过程中基体的固溶度越高，时效温度越低，时间越长，时效强化效果越好。经过热处理后，晶粒尺寸无变化，室温下抗拉强度提高到300～320Mpa。

通过弯曲试验检测，相同实验条件下，320℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）达到1.3～1.5KN，360℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）为1.1～1.35KN，400℃左右挤压温度时最大弯曲力（抗弯力）为1.0～1.25KN。因此，在320℃左右低温挤压温度下表现出良好的弯曲性能。

Claims (2)

1.一种抗弯镁合金型材的挤压方法，该方法包括以下步骤：

1)配制镁合金原料：选取成分按重量％含量为：Al:6.9 Zn:0.6 Mn:0.2 Si:0.10 Fe:0.05 Cu:0.05 Ni:0.005 Be:0.01其他:0.3,Mg余量；

2)制成铸棒：将步骤1)溶制得到的镁合金原料通过半连铸工艺制成镁合金铸棒；

3)挤压前处理：将步骤2)制成的镁合金棒在链条式电阻加热炉中进行加热至320～350℃，同时将挤压筒与模具进行预热处理，经过预热处理的该挤压筒温度控制在360～400℃，模具温度控制在360～400℃；

4)挤压成型：将步骤3)得到的模具取出装配至挤压机，并将镁合金铸棒装填至模具的挤压筒进行挤压成型，挤压成型得到镁合金型材，挤压杆速度为1～2m/s，挤压力为16～20MPa；

5)热处理：将步骤4)制出的型材放入温度为180～260℃时效炉中保温24～30h，空冷至室温。

2.根据权利要求1所述抗弯镁合金型材的挤压方法，其特征是：所述抗弯型材镁合金性能为：晶粒尺寸控制在6～15μm；室温下抗拉强度达到300～320MPa。