CN103786031B

CN103786031B - 一种中强耐热镁合金模锻件成形工艺

Info

Publication number: CN103786031B
Application number: CN201410021996.4A
Authority: CN
Inventors: 刘楚明; 孙伟兵; 雷义民; 芦玉波; 易幼平; 杨续跃
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: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2034-01-18
Also published as: CN103786031A

Abstract

本发明涉及一种中强耐热镁合金模锻件成形工艺。合金质量百分成分为: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%，其余为Mg及不可去除杂质元素，采用半连续铸造合金铸锭；对铸锭进行双级均匀化退火；退火后进行多向变温锻造，温度为350～410℃，每火次变形后退火温度降低10~20℃；多向变温锻造后进行等温模锻，温度为350～400℃；模锻件在170~200℃时效20~30h。本发明制备的镁合金模锻件时效后室温抗拉强度≥360MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥7%。

Description

一种中强耐热镁合金模锻件成形工艺

技术领域

本发明涉及镁合金锻造成形领域，具体涉及一种Mg-Al-Ag系镁合金模锻件多向变温锻造开坯和等温模锻成形领域。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性能和电磁屏蔽性能好、资源丰富等优点，在航空航天、交通运输、电子信息等领域拥有广阔的应用前景。镁合金应用于航空航天领域，可大大提高飞行器运载能力。因此，大力研究和开发镁合金加工及应用技术，对于充分发挥我国镁资源优势，提升我国国际地位有深远的战略意义。目前大尺寸高性能镁合金结构件的加工制备仍存在以下技术瓶颈：合金强度偏低、耐蚀性不好、加工塑性较差，大规格高品质高性能锭坯制备困难，变形中由于温度不均匀存在严重的各向异性等。现阶段我国变形镁合金材料的研制仍处于起步阶段，高性能镁合金主要依靠进口，因此，研发镁合金成形加工新技术和新工艺具有十分重要的意义。本发明在新合金成分基础上采用大炉熔炼和半连续铸造法制备大规格镁合金铸锭。采用多向变温锻造开坯和等温模锻成形，通过调整多向锻造温度、锻造方向及道次变形量，等温模锻温度、加载速度等参数，制备出一种中强耐热镁合金等温模锻件。等温模锻件晶粒细小、组织均匀、各向异性小，具有较好的综合性能。本发明填补了国内中强耐热镁合金等温锻件成形技术的空白，对大规格高性能镁合金等温模锻件的成形具有重要指导意义。

发明内容

本发明的目的是研发一种中强耐热镁合金等温模锻件的成形工艺，获得组织均匀、综合性能优异的镁合金等温模锻件。中强耐热镁合金等温模锻件的成形工艺为：

1.半连续铸造：采用大炉熔炼熔化合金原料，半连续铸造法制备出Φ(300～500)×(600～800)mm的铸锭，其化学成分(wt.％)为:Al7.5～9.0％、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。锭坯组织均匀细小，铸造缺陷少。

2.均匀化退火：为了减小铸锭成分偏析，避免锭坯退火时出现过烧，对铸锭进行双级均匀化退火。铸锭在250～300℃保温10～12h后，升温至380～410℃保温20～30h，空冷。

3.多向变温锻造：退火后对锭坯进行镦拔式多向变温锻造，锻造温度为350～410℃，锻前将锭坯加热到400～410℃，再进行2～4道次多向变温锻造变形，接着进行一次回炉退火，每火次变形后退火温度降低10～20℃。多向变温锻造的压下速度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200～250℃。锭坯进行2～3火次多向变温锻造获得尺寸为(600～800)×(300～500)×(200～300)mm的坯料。

4.等温模锻：多向变温锻造的坯料机加工成(400～600)×(300～500)×(120～250)mm的预锻坯，等温模锻前锻坯于感应电阻炉中350～400℃保温2～6h，为了减小摩擦的影响，提高合金流动性，锻前在工件表面涂刷润滑剂。锻坯在4000t数控等温锻造机下进行等温模锻，模锻温度为350～400℃，压下速度为0.002～0.05mm/s，等温模锻件终尺寸为(450～650)×(300～450)×(200～350)mm。

5.时效热处理：等温模锻件在170～200℃时效处理20～30h，模锻件时效后不同部位的室温抗拉强度≥360MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥7％。

本发明的优点在于：

(1)大尺寸镁合金锻造成形性较差，变形过程中易开裂，且变形很不均匀，具有严重的各向异性。本发明采用镦拔式多向变温锻造开坯，锭坯2～4道次多向镦粗拔长后回炉退火，经过2～3火次变形后获得组织均匀、晶粒细小的预锻坯。多向变温锻造的坯料在350～400℃进行等温模锻，模锻速度为0.002～0.05mm/s。整个成形过程中温度基本恒定，金属流动十分均匀，减小了温度不均匀等引起的各向异性。模锻件时效后不同部位的室温抗拉强度≥360MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥7％。

(2)采用镦拔式多向变温锻造开坯，道次变形过程中反复进行镦粗和拔长，不断改变锻压方向，有效抑制了锻造变形不均匀性和显著细化晶粒。每火次变形后不断降低退火温度，可防止热变形晶粒粗化。

(3)等温模锻在4000t等温锻造机上进行，模锻过程中采用环形加热炉对模具和坯料进行保温加热，使模具和坯料的温度基本保持不变，能克服温度不均匀造成的各向异性。本发明通过大量的对比实验确定镁合金等温模锻的最佳温度为350～400℃，模锻下压速度为0.002～0.05mm/s。

附图说明

图1为多向变温锻造后坯料机加成的预锻坯，尺寸为(400～600)×(300～500)×(120～250)mm。

图2为等温模锻成形件，尺寸为(450～650)×(300～450)×(200～350)mm。

图3为等温模锻件时效处理后不同部位室温拉伸取样的位置分布图。

本发明通过调节成形工艺参数，做了大量对比实验。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明构思前提下对本发明工艺进行改进，都属于本发明要求保护的范围。

具体实施方式

实施例1：

首先大炉熔炼熔化合金原料，半连续铸造出Φ380×700mm的铸锭(化学成分(wt.％)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)。对铸锭进行双级均匀化退火，退火工艺为：270℃保温12h，升温至400℃保温30h。铸锭在400～410℃保温14h后进行镦拔式多向变温锻造，经3道次的镦粗拔长多向变温锻造后回炉退火。多向变温锻造的压下速度为200～400mm/min，镦粗道次压下量30～35％，拔长道次压下量5～8％，上下砧板温度240～250℃。锭坯进行3火次多向变温锻造后获得660×435×230mm的坯料。多向变温锻造的坯料机加工成尺寸为450×350×160mm预锻坯，锻前锻坯在360℃保温4h，再在4000t等温锻造机下进行等温模锻，模锻温度为360℃，压下速度为0.002～0.05mm/s，等温模锻件尺寸为565×370×260mm。等温模锻件在185℃时效28h后室温力学性能见表1。

实施例2：

首先大炉熔炼熔化合金原料，半连续铸造出Φ380×700mm的铸锭(化学成分(wt.％)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)。对铸锭进行双级均匀化退火，退火工艺为：270℃保温12h后升温至400℃保温30h。铸锭在400～410℃保温14h后进行镦拔式多向变温锻造，经3道次的镦粗拔长多向变形后回炉退火。多向变温锻造的压下速度为200～400mm/min，镦粗道次压下量30～35％，拔长道次压下量5～8％，上下砧板温度240～250℃。锭坯进行3火次多向变温锻造后获得664×436×228mm的坯料。多向变温锻造的坯料机加工成尺寸为450×350×160mm预锻坯，锻前锻坯在380℃保温4h，再在4000t等温锻造机下进行等温模锻，模锻温度为380℃，压下速度为0.002～0.05mm/s，等温模锻件尺寸为562×368×265mm。等温模锻件在185℃时效28h后室温力学性能见表1。

实施例3：

首先大炉熔炼熔化合金原料，半连续铸造出Φ380×700mm的铸锭(化学成分(wt.％)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)。对铸锭进行双级均匀化退火，退火工艺为：270℃保温12h后升温至400℃保温30h。铸锭在400～410℃保温14h后进行镦拔式多向变温锻造，经3道次的镦粗拔长多向变形后回炉退火。多向变温锻造的压下速度为200～400mm/min，镦粗道次压下量30～35％，拔长道次压下量5～8％，上下砧板温度240～250℃。锭坯进行3火次多向变温锻造后获得658×438×232mm的坯料。多向变温锻造的坯料机加工成尺寸为450×350×160mm预锻坯，锻前锻坯在390℃保温4h，再在4000t等温锻造机下进行等温模锻，模锻温度为390℃，压下速度为0.002～0.05mm/s，等温模锻件尺寸为566×364×265mm。等温模锻件在185℃时效28h后室温力学性能见表1。

表1 模锻件时效处理后室温力学性能

Claims

1.一种中强耐热镁合金等温模锻件成形工艺，合金质量百分成分为: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：采用大炉熔炼和半连续铸造合金铸锭；对铸锭进行双级均匀化退火；退火后的坯料进行镦拔式多向变温锻造，初始锻造温度为350～410℃，坯料进行2～4道次镦粗拔长多向变温锻造后回炉退火，每火次变形后退火温度降低10～20℃，多向锻造的压下速度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200～250℃；多向锻造的坯料再进行等温模锻获得模锻件，模锻温度为350～400℃，锻压速度为0.002～0.1mm/s；对模锻件进行时效热处理，工艺为170～200℃/20～30h；模锻件时效处理后室温抗拉强度≥360MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥7％。

2.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金等温模锻件成形工艺，其特征在于：对镁合金铸锭进行双级均匀化退火，其工艺为250～300℃保温10～12h后升温至380～410℃保温20～30h。

3.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金等温模锻件成形工艺，其特征在于：坯料进行2～3道次镦粗拔长多向锻造后进行一次回炉退火，退火工艺为370～410℃保温5～16h，每火次变形后退火温度降低10～20℃，经过2～3火次变形后锻造成(600～800)×(400～600)×(200～300)mm的坯料。

4.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金等温模锻件成形工艺，其特征在于：多向变温锻造的压下速度250～350mm/min，镦粗道次压下量30～35％，拔长道次压下量5～10％，上下砧板温度220～250℃。

5.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金等温模锻件成形工艺，其特征在于：多向变温锻造的坯料机加工成预锻方坯，在4000吨数控等温锻造机下进行等温模锻，模锻温度为350～400℃，压下速度为0.002～0.05mm/s，变形力为3800～4000吨。

6.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金等温模锻件成形工艺，其特征在于：等温模锻件时效处理工艺为175～190℃/24～28h，时效处理后模锻件室温抗拉强度≥360MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥7％。