CN103774014A

CN103774014A - 一种中强耐热镁合金厚板的成形工艺

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Publication number: CN103774014A
Application number: CN201410021992.6A
Authority: CN
Inventors: 刘楚明; 万迎春; 雷义民; 芦玉波; 顾洪兵; 李慧中; 邹利民
Original assignee: Central South University; Xian Institute of Modern Control Technology
Current assignee: Central South University; Xian Institute of Modern Control Technology
Priority date: 2014-01-18
Filing date: 2014-01-18
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-18
Also published as: CN103774014B

Abstract

本发明公开了一种50-80mm厚中强耐热镁合金厚板的成形工艺。工艺路线为：大炉熔炼、半连续铸造、均匀化退火、变温多向锻造、挤压成形和时效处理。其中变温多向锻造在液压机上进行，锻造前380-410℃保温锭坯3-5h、压下速度200-400mm/min。挤压成形在卧式挤压机上进行，挤压前340-350℃保温锭坯3-5h、挤压比13-15，挤压出厚度50-80mm、宽度130-200mm、长度≥1000mm的厚板。时效后厚板沿挤压方向室温屈服强度≥260MPa、抗拉强度≥370MPa、伸长率≥9%。该工艺成形效率高，可实现大规模工业化生产。

Description

一种中强耐热镁合金厚板的成形工艺

技术领域

本发明涉及镁合金变形加工领域，特别涉及一种Mg-Al-Ag系合金的锻造及挤压变形领域。

技术背景

镁合金是理想的轻质结构材料，具有密度低、比强度高、抗震减噪性能好等优点。镁合金常温可动滑移系少，塑性变形能力差。其产品主要以铸件为主，高性能变形件较少。铸件微观组织不均匀、力学性能差，难以满足一些结构件的高性能要求。变形件相对铸件具有更均匀的微观组织、更高的力学性能及更多样化的结构。因此通过制定合理的变形工艺，使发挥镁合金塑性与提高其力学性能相结合，制备出高性能的变形件一直是亟待解决的技术难题。

高性能镁合金变形件应用前景较广，特别是大尺寸变形件。合理制定成形工艺，制备出高性能变形件对推动镁合金的应用具有实际意义。挤压变形易于发挥材料塑形，生产效率高，是生产镁合金变形件的重要手段。受挤压比的限制，挤压变形生产大截面镁合金结构件时，变形不深入，细化晶粒与提高性能的效果不明显。为解决这一技术难题，本发明针对一种Mg-Al-Ag系镁合金，采用锻挤结合的工艺路线，成功制备出50-80mm厚的高性能镁合金厚板。

发明内容

本发明目的是提供一种中强耐热镁合金厚板的成形工艺。本发明的具体工艺步骤如下。

1、利用大容量熔炼炉熔融原料，半连续浇铸，机械加工出直径Ф240-300mm的锭坯。合金成分（wt.%）:Al 7.5-9.0%、Ag 0.02-0.80%、Zn 0.35-0.55%、Mn 0.05-0.20%、RE 0.01-0.10%、Ca 0.001-0.020%、Fe≤0.02%、Si≤0.05%、Cu≤0.02%、Ni≤0.001%，其余为Mg。半连续铸造可浇铸大直径、无裂纹、缺陷少及成分偏析小的优质铸锭。高质量的铸锭是后续变形加工顺利进行的有力保障。

2、为减少或消除非平衡凝固过程中产生的枝晶偏析，对铸锭进行双极均匀化退火，退火工艺：250-300℃保温10-12h后，升温至380-410℃保温20-30h。

3、380-410℃保温锭坯3-5h，在液压机上进行镦拔式多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200℃，当锭坯表面温度低于350℃时回炉退火，退火温度370℃-400℃、保温时间2-3h，每次回炉退火温度相对前一次退火温度降低10-20℃。退火后重复镦拔过程，经3次镦拔后将锭坯墩粗至直径Ф350-400mm。多向锻造可改善镁合金铸态组织，细化晶粒、提高力学性能。镁合金锻造温度范围较窄，对变形速度敏感，因此合理制定锻造温度与变形速度等工艺参数是锻造变形能够顺利进行的关键。同时这些参数对变形后的显微组织影响很大，进而影响合金的力学性能。

4、加热模具与挤压筒至200-300℃，并340-350℃保温锭坯3-5h，在卧式挤压机上对锭坯进行挤压成形，挤压比13-15。挤压出厚度50-80mm、宽度130-200mm、长度≥1000mm的厚板。挤压变形有利于发挥镁合金塑形，且生产效率高。

如果锻造开坯后锭坯表面温度≥320℃，不需重新保温锭坯，直接在卧式挤压机上对锭坯挤压成形，挤压比13-15，挤压出厚度50-80mm、宽度130-200mm、长度≥1000mm的厚板。

5、Mg-Al-Ag多元镁合金是一种可时效强化镁合金，因此对厚板进行时效处理，其工艺为：170-190℃保温30-40h。

6、厚板时效后沿挤压方向室温屈服强度≥260MPa、抗拉强度≥370MPa、伸长率≥9%。

本发明针对一种Mg-Al-Ag系镁合金，首次提出该合金厚板锻造与挤压结合的生产方式，制备出厚度50-80mm的镁合金厚板。解决了大截面镁合金厚板挤压成形时，受挤压比限制，变形不深入，细化晶粒与提高性能的效果不明显这一技术难题。

降温锻造不仅保证了镁合金的高温塑性，而且充分改善了合金的显微组织，显著提高了合金的力学性能。镁合金层错能低，高温变形时可发生完全动态再结晶，因此起到了改善铸态组织的效果。高温变形后组态组织被改善，变形能力增强，采用降温锻造的手段可进一步细化晶粒。

在合理的变形工艺指导下，挤压变形生产效率高，且生产的结构件表面质量高。

附图说明

图1为成形后的厚板。

具体实施方式

实施例1：利用容量为1吨的熔炼炉熔化原料，半连续浇铸并机械加工出直径Ф300mm的Mg-8.0Al-0.5Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca（wt.%）合金铸锭。410℃保温锭坯5h，在液压机上对锭坯进行镦拔式多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200℃。锻造过程中当锭坯表面温度低于350℃时回炉退火，退火温度400℃、保温时间3h，每次回炉退火温度相对前一次退火温度降低10℃。退火后重复镦拔过程，经3次镦拔后将锭坯墩粗至直径Ф400mm。加热模具及挤压筒至温度200-300℃，并将锭坯在350℃保温3h ，在卧式挤压机上对锭坯挤压成形，挤压比13。最终挤压出厚度50mm、宽度190mm、长度≥1000mm的厚板。厚板经175℃×35h时效后沿挤压方向的室温拉伸性能列于表1。

实施例 2：利用容量为1吨的熔炼炉熔融原料，半连续浇铸并机械加工出直径Ф260mm的Mg-8.5Al-0.8Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.005Ca（wt.%）镁合金锭坯。400℃保温锭坯3h，在液压机上对锭坯进行镦拔式多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200℃。锻造过程中当锭坯表面温度低于350℃时回炉退火，退火温度380℃、保温时间1.5h，每次回炉退火温度相对前一次退火温度降低20℃。退火后重复镦拔过程，经4次镦拔后将锭坯墩粗至直径Ф380mm。加热模具及挤压筒至温度200-300℃，并340℃保温锭坯3h，在卧式挤压机上对锭坯挤压成形，挤压比15。最终挤压出厚度50mm、宽度150mm、长度≥1000mm的厚板。厚板经175℃×35h时效后沿挤压方向的拉伸性能列于表1。

实施例3：利用容量为1吨的熔炼炉熔融原料，半连续浇铸并机械加工出直径Ф300mm的Mg-9.0Al-0.6Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.02Ca（wt.%）镁合金锭坯。410℃保温锭坯5h，在液压机上对锭坯进行镦拔式多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200℃。锻造过程中当锭坯表面温度低于350℃时回炉退火，退火温度400℃、保温2h，每次回炉退火温度相对前一次退火温度降低10℃。退火后重复镦拔过程，经3次镦拔后将锭坯墩粗至直径Ф400mm。加热模具及挤压筒至温度200-300℃，并340℃保温锭坯3h，在卧式挤压机上对锭坯挤压成形，挤压比13。最终挤压出厚度70mm、宽度135mm、长度≥1000mm的厚板。厚板经175℃×35h时效后沿挤压方向的拉伸性能列于表1。

表1 厚板沿挤压方向室温拉伸性能

实施例	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	伸长率/%
				实施例1	261	372	9.2
实施例2	275	379	10.2
				实施例3	265	376	9.5

Claims

1.一种中强耐热镁合金厚板的挤压成形工艺，合金质量百分比成分为Al 7.5-9.0%、Ag 0.02-0.80%、Zn 0.35-0.55%、Mn 0.05-0.20%、RE 0.01-0.10%、Ca 0.001-0.020%、Fe≤0.02%、Si≤0.05%、Cu≤0.02%、Ni≤0.001%，其余为Mg，其特征在于具体步骤为：

A、大炉熔炼；

B、半连续铸造，机械加工出直径Ф240-300mm的锭坯；

C、对锭坯进行均匀化退火，退火工艺：250-300℃保温10-12h后升温至380-410℃保温20-30h；

D、380-410℃保温锭坯3-5h后，在液压机上对锭坯进行镦拔式多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200℃，当锭坯表面温度低于350℃时回炉退火，退火温度370-400℃、保温时间2-3h，退火后继续镦拔，经3次镦拔后将锭坯墩粗至直径Ф350-400mm；

E、加热模具与挤压筒至温度200-300℃，并340-350℃保温锭坯3-5h，在卧式挤压机上挤压成形，挤压比13-15，挤压出厚度50-80mm、宽度130-200mm、长度≥1000mm的厚板；

F、对厚板进行时效处理，其工艺为170-190℃保温30-40h。

2.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金厚板的成形工艺，其特征在于:D步骤每次回炉退火温度相对前一次退火温度降低10-20℃。

3.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金厚板成形工艺，其特征在于：D步骤经多向锻造后锭坯表面温度≥320℃，E步骤直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比13-15，挤压出厚度50-80mm、宽度130-200mm、长度≥1000mm的厚板。

4.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金厚板成形工艺，其特征在于：时效后厚板沿挤压方向室温屈服强度≥260MPa、抗拉强度≥370MPa、伸长率≥9%。