CN103774015B - 一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺。工艺步骤包含：大炉熔炼、半连续铸造、均匀化退火、多向锻造、挤压成形和成形后热处理。其中多向锻造在液压机上进行，锻造前370-400℃保温坯料2-4h、经3次镦拔。挤压成形在卧式挤压机上进行，挤压比10-14，挤压出长度≥1000mm的三角型材。型材强度高、耐热性能好，可满足航空航天领域结构件的性能要求。型材经热处理后，沿挤压方向室温屈服强度≥265MPa、抗拉强度≥375MPa、伸长率≥9%。

Description

一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺

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系镁合金锻造与挤压变形领域。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、抗震减噪性能好等优点，是理想的轻质结构材料。目前其产品主要以铸件为主。研究发现镁合金经变形加工后可获得比铸件更均匀的组织、更优异的力学性能及更高的稳定性。但常温下镁合金可开动的滑移系少，塑性变形能力差。因此镁合金变形都是在高温条件下进行的，且镁合金对变形温度、变形速度等工艺参数较为敏感。因此其变形件制备难度大，应用较少。制定合理的变形工艺，使发挥镁合金高温成形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。

Mg-Al系镁合金塑性好、耐蚀性优异，是最具发展前途的镁合金体系之一。但其强度低、耐热性能差，无法满足航空航天领域结构件的性能要求。研究表明在Mg-Al系镁合金中添加Ag、RE等元素可显著提高强度与耐热性能。结合常规的塑性变形方式，如挤压、锻造、轧制等可进一步提高Mg-Al-Ag系合金的性能。

挤压变形可充分发挥材料的塑形、显著改善材料微观组织、且生产效率高，是制备该三角型材理想的成形方式。但由于三角型材横截面大，挤压比相对较小，变形不深入，细化晶粒、提高强度的效果不明显。针对这一难点本发明采用锻挤结合的成形工艺，设计出一种Mg-Al-Ag系合金的锻造工艺与挤压工艺，成功制备出长度≥1000mm的三角型材。

发明内容

本发明是为一种航空航天用镁合金三角型材提供一种成形工艺。本发明具体工艺如下。

1、利用大容量熔炼炉熔化原料，半连续铸造，去皮加出直径Ф200-240mm的锭坯。合金成分为（wt.%）Al7.5-9.0、Ag0.02-0.80、Zn0.35-0.55、Mn0.05-0.20、RE0.01-0.10、Ca0.001-0.020、Fe≤0.02、Si≤0.05、Cu≤0.02%、Ni≤0.001，其余为Mg。

2、为减少或消除非平衡凝固过程中产生的枝晶偏析，对锭坯进行均匀化退火处理。

3、在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前370-400℃保温锭坯2-4h、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℃。每镦拔一次回炉退火，退火温度相对前一次加热温度降低20℃、退火时间1-2h，经3次镦拔后将锭坯墩粗至直径Ф250-300mm。

4、多向锻造后直接在卧式挤压机上对锭坯挤压成形，挤压比10-14，并控制模具及挤压筒在200-300℃，挤压出长度≥1000mm的三角型材。挤压变形有利于发挥镁合金塑形，且生产效率高。

5、对型材进行热处理，热处理工艺为：400℃保温2h后，170-190℃保温30-40h。

6、热处理后型材沿挤压方向室温屈服强度≥265MPa、抗拉强度≥375MPa、伸长率≥9%。

本发明针对一种Mg-Al-Ag系镁合金，首次提出该三角型材锻挤结合的生产方式，挤压出长度≥1000mm的三角型材。解决了大截面镁合金型材挤压成形时，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的技术难题。

梯度变温多向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。

挤压变形生产效率高，且生产的结构件表面质量好。

附图说明

图1三角型材横截面图。

图2挤压成形的三角型材。

具体实施方式

实施例1：利用容量为1吨的熔炼炉熔融原料，半连续铸造，去皮加工出直径Ф200mm的Mg-8.0Al-0.5Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.02Ca（wt.%）合金铸锭。在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前370-400℃保温锭坯2h、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℃。每镦拔一次回炉退火，退火温度相对前一次加热温度降低20℃、退火时间1h，经3次镦拔后墩粗至直径Ф250mm。锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比10，控制模具及挤压筒温度在200-300℃，挤压出长度≥1000mm的三角型材。对型材进行热处理，热处理工艺为：400℃保温2h后，180℃保温30h。经热处理后的三角型材，沿挤压方向的拉伸性能列于表1。

实施例2：利用容量为1吨的熔炼炉熔融原料，半连续铸造，去皮加工出直径Ф240mm的Mg-8.5Al-0.8Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca（wt.%）合金铸锭。在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前380℃保温锭坯4h、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℃。每镦拔一次回炉退火，每次退火温度相对前一次加热温度降低20℃、退火时间2h，经3次镦拔后墩粗直径至Ф300mm。锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比14，控制模具及挤压筒温度在200-300℃，挤压出长度≥1000mm的三角型材。对型材进行热处理，热处理工艺为：400℃保温2h后，190℃保温30h。经热处理后的三角型材，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，半连续铸造，去皮加工出直径Ф200mm的Mg-9.0Al-0.6Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca（wt.%）合金铸锭。在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前380℃保温锭坯2h、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℃。每镦拔一次回炉退火，每次退火温度相对前一次加热温度降低20℃、退火时间1h，经3次镦拔后墩粗直径至Ф250mm。锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比10，控制模具及挤压筒温度在200-300℃，挤压出长度≥1000mm的三角型材。对型材进行热处理，热处理工艺为：400℃保温2h后，175℃保温40h。经热处理后的三角型材，沿挤压方向的拉伸性能列于表1。

表1实施例中型材沿挤压方向拉伸性能

实施例	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	伸长率/%
				实施例1	265	376	9.3
实施例2	274	375	10.0
				实施例3	268	378	9.1

Claims (2)

1.一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺，合金质量百分比成分为Al7.5-9.0、Ag0.02-0.80、Zn0.35-0.55、Mn0.05-0.20、RE0.01-0.10、Ca0.001-0.020、Fe≤0.02、Si≤0.05、Cu≤0.02、Ni≤0.001，其余为Mg，其特征在于工艺步骤为：

A、大炉熔炼；

B、半连续铸造，经去皮加工后的锭坯直径为Ф200-240mm；

C、对锭坯进行均匀化退火处理；

D、370-400℃保温锭坯2-4h，在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，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℃；每镦拔一次后回炉退火，退火温度相对前一次加热温度降低20℃、退火时间1-2h，经3次镦拔后经锭坯墩粗至直径Ф250-300mm；

E、锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比10-14，控制模具及挤压筒至温度200-300℃，挤压出长度≥1000mm的三角型材；

F、对型材进行热处理，热处理工艺为：400℃保温2h后空冷至室温，再170-190℃保温30-40h。

2.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金三角型材的成形工艺，其特征在于：型材沿挤压方向屈服强度≥265MPa、抗拉强度≥375MPa、伸长率≥9%。