CN105170765A - 一种镁合金加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金加工工艺，该工艺为镁合金塑性加工工艺，镁合金经过铸造后通过拉深工艺使镁合金具有更高的强度和延展性等力学性能，包括：镁合金铸造—挤压—轧制—塑性加工—后续热处理—超声波清洗—烘干。塑性加工工艺包括模具结构为圆柱形或锥形，冲头直径20-40mm，凹模圆弧半径4-7mm，成型温度为150-300度，拉伸速度为30-90mm/min，压边方式为固定刚性压边，压边间隙为1.02-1.13，润滑方式为石墨+机油。该工艺能有效克服镁合金铸造后力学性能差、缺陷多的缺点，从而有效扩展镁合金的应用范围，提高镁合金的硬度和延展性的力学性能。

Description

一种镁合金加工工艺

技术领域

本发明涉及一种镁合金加工工艺。

背景技术

自1808年H.Davy在实验室制得纯镁，人类和镁打交道已有两百年的历史，镁工业的早期发展速度比较缓慢，直到二战期间，由于军事上的大量需求，镁合金才在航空、军工等领域得到广泛应用，使得镁合金的研究与应用获得较大的发展。二战后，镁合金又转入民用工业，研究人员把铜、铁、镍等元素添加到镁中以提高镁合金的性能，使镁工业得到长足的发展。

镁合金在汽车工业上的应用始于20世纪30年代，1930年德国工厂在一辆汽车上使用了73.8㎏的镁合金。1936年德国大众汽车公司开始用压铸镁合金生产“甲壳虫”汽车发动机传动系统零部件。1946年“甲壳虫”单车镁合金用量达18㎏，至1980年累计生产1900万辆，镁合金的总用量达38万吨，只是后来由于镁的价格上涨才停止了使用。

20世纪70年代的中东石油危机之后，节能成了汽车制造业的新课题，轻质的镁合金重新受到人们的重视。随着镁冶炼工艺的进步以及耐蚀性能的改善，镁合金在汽车行业的应用大大增加。福特汽车公司是镁合金应用于现代汽车行业的先驱，制造了如离合器壳体和踏板支架、制动器、变速箱体、转向柱等部件。随后奔驰、丰田、奥迪等公司也先后制造了镁合金材质的座椅框架、仪表盘、转向轴等，进一步推动了镁合金在汽车行业的应用。据测算，汽车所用燃料的60％是消耗于汽车自重，如果汽车自重能减10％，其燃油效率将可提高5％以上。如果每辆汽车能使用70㎏镁合金，则CO2的年排放量将减少30％以上，在日益提倡节省能源的世界里，“绿色环保”把镁合金进一步推向应用领域，成为各大汽车公司首选的材料。目前镁合金生产的汽车零部件有汽车头盖、仪表盘、托架、进气管、转向柱、制动器、座椅架、离合器踏板、轮毂等等，而且年增长率呈大幅度上升大趋势。

近年来3C产业飞速发展，手机外壳、笔记本电脑外壳、数码相机及摄像机的外壳已逐步弃用老式的塑料壳体，镁合金在部分场合已经取而代之。与传统材料相比，镁合金具有如下优势：由于镁合金具有耐震动、抗磨损、尤其是可屏蔽电磁波的特殊功能,赢得手机制造商和消费者更多的青睐；笔记本电脑外壳强调散热性好、重量轻、坚固耐磨以及色彩鲜艳等特性，这些要求都是镁合金能达到而传统的塑料壳体难于满足的，因此镁合金外壳的笔记本电脑较受市场和消费者欢迎。镁合金在其它民用工业也有广泛的应用，如滑雪橇、网球拍、电动车部件、自行车架、轮椅及残疾车架、拐棍、行李架、镁合金夹具、面包架、装料架、印刷机械等。随着人们对镁合金研究的日益加深，镁合金正以它独特的优势不_断拓宽其市场前景。

1.2.2我国镁合金产业的现状

我国是世界上最大的产镁国之一，镁资源存储量占全球总储量的22.5％，我国有数百家镁厂的年生产能力在1000t以上,总的生产能力可达10万t/年，说明我国镁产业在原材料成本上有着极大优势，中国在全球压铸镁合金市场中占的份额为20％～25％。

尽管如此，我国镁产业依然存在许多问题，形势不容乐观。一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用的镁在国内消耗量又很少。比如在汽车轻量化、高速、节能等需求也日益突出的今天，国内也只有上海乾通汽车附件有限公司为上海大众汽车公司的桑塔纳轿车配套生产的变速箱壳体和壳盖是利用德国技术由镁合金压铸生产的，镁合金用量仅为8.5kg/辆，而国外汽车的镁合金用量平均为40kg/辆。又比如，目前在国产的计算机、通讯设备上几乎没有镁合金零部件，产品的质量和销路受到很大影响，导致我国镁生产企业经济效益低，面临严重的生存压力。另一方面，我国对镁合金的研究还不够深入，无法为中国的镁产业提供有力的技术支持。因此，如何利用好我们镁的资源和成本优势，提高技术，发展具有国际竞争力的民族镁产业，是我国镁产业面临的重大挑战。

常见的镁合金塑性加工工艺

(1)挤压

挤压是一种常见的金属塑性加工技术，其变形过程在近似封闭的模具内进行，材料在变形过程中承受很高的压力，有利于消除铸锭中的气孔、疏松等缺陷，提高材料的可成形性，使材料在二次成形过程中能承受较大的变形量，从而改善材料的性能。镁合金挤压成形主要工艺参数包括铸锭的温度，模具的预热温度，润滑条件，挤压速度，挤压比等，这些参数的选择对镁合金压制品的组织、性能有很大的影响。

镁合金挤压的加工方法具有产品精度高、表面质量好、工艺灵活、操作方便、产品晶粒细化、应力状态好、合金强度高、塑性优良等特点。同时，镁合金挤压工艺的缺点也十分明显，材料挤压时压力大，变形力大，模具磨损快，挤压制品的组织和性能沿长度和断面方向上不够均匀。但是，对于镁合金这种塑性变形能力较差的金属，挤压仍然是一种较好的塑性加工方法，目前已用挤压法生产出各种不同型号的镁合金板、棒、管和型材。

(2)轧制

镁合金板材一般采用轧制方法生产，目前只有少数几种成分的镁合金如Mg-Mn、Mg-Zn-Zr合金可以通过铸锭直接轧制，大部分的变形镁合金还只能通过挤压后再轧制以制成薄板。在镁合金板材的轧制过程中，主要工艺参数包括压下量，轧制温度，轧制速度，辊型等。其中最关键的是压下量、轧制温度、轧制速度，三者之间是互相影响和关联的。相比钢、铝等材料，镁合金的塑性较差，在变形量较大的轧制工艺中，轧制应分几个道次完成，每道次的压下量应控制在一定的范围内，若一次变形量过大则会发生严重的裂边，甚至无法轧制成形。轧制温度过低时，镁合金板材易产生高的应力集中，从而导致孪晶形核和切变变形；而轧制温度过高时，晶粒容易长大而使板材的热脆倾向增大。板材的各向异性也是轧制中最为值得关注的重要问题，这种各向异性不利于后续的冲压成形。因此，为了提高轧制的效率，降低消耗功率，改善和提高板材轧制成形的能力以及板材的性能，应优化轧制过程中的各个工艺参数，同时在此基础上开发新的轧制技术。

(3)冲压

冲压工艺是指利用金属的塑性变形能力，通过模具和冲压设备对金属板材进行加工，以获得指定形状和尺寸零件的塑性加工方法。冲压是一个涉及领域极其广泛的工艺过程，就材料在冲压过程中所发生的变化来看，冲压工艺可以分为两类：第一类是分离工序，其结果是材料的一部分与整体完全或局部地分开，如冲裁、冲孔、剪截、切口等；第二类包括各种形变工序，其结果是在模具及外力作用下，材料通过塑性变形达到预期的形状，以满足工业生产中特定的需求，典型的工艺如弯曲、拉深、成形、压印等。其中，拉深工艺是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料制成开口空心零件的加工方法。

利用拉深工艺生产零件有以下优点：

①拉深工艺依靠上下模具对板材施加压力，使板材产生塑性变形，操作简单，便于实现自动化，生产效率高；

②拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形和其它不规则形状的薄壁零件，如果配合其它冲压成形工艺，可以制造形状复杂的工件；

③拉深工艺生产加工出的产品尺寸稳定、表面光滑、精度较高；

④拉深工艺通过塑性变形加工，产品强度高、刚性好；

⑤拉深工艺材料利用率高。

目前在汽车、飞机、电器、仪表、电子等工业部门以及日常生活的生产中，拉深工艺占据相当重要的地位。由于镁合金室温下成形能力差的特点，通常适用于铝、钢等材料的拉深工艺很难直接应用到镁合金的成形上来，这也成为阻碍镁合金板材拉深件广泛应用的重要原因之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种镁合金加工工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种镁合金加工工艺，该工艺为镁合金塑性加工工艺，镁合金经过铸造后通过拉深工艺使镁合金具有更高的强度和延展性等力学性能，包括：镁合金铸造——挤压——轧制——塑性加工——后续热处理——超声波清洗——烘干。塑性加工工艺包括模具结构为圆柱形或锥形，冲头直径20——40mm，凹模圆弧半径4——7mm，成型温度为150——300度，拉伸速度为30——90mm/min，压边方式为固定刚性压边，压边间隙为1.02——1.13，润滑方式为石墨+机油。

具体实施方式

实施例1

一种镁合金加工工艺，该工艺为镁合金塑性加工工艺，镁合金经过铸造后通过拉深工艺使镁合金具有更高的强度和延展性等力学性能，包括：镁合金铸造——挤压——轧制——塑性加工——后续热处理——超声波清洗——烘干。镁合金为AM60B，厚度为1mm，塑性加工工艺包括模具结构为圆柱形，冲头直径20mm，凹模圆弧半径4mm，成型温度为150度，拉伸速度为40mm/min，压边方式为固定刚性压边，压边间隙为1.02，润滑方式为石墨+机油。

实施例2

一种镁合金加工工艺，该工艺为镁合金塑性加工工艺，镁合金经过铸造后通过拉深工艺使镁合金具有更高的强度和延展性等力学性能，包括：镁合金铸造——挤压——轧制——两次塑性加工——后续热处理——超声波清洗——烘干。镁合金为AZ81，厚度为3mm，塑性加工工艺包括模具结构为圆锥形，冲头直径40mm，凹模圆弧半径6mm，成型温度为225度，拉伸速度为60mm/min，压边方式为固定刚性压边，压边间隙为1.17，润滑方式为高温润滑脂，经过该工艺加工后，镁合金的力学性能得到明显改善。

Claims (2)

1.一种镁合金加工工艺，其特征在于该工艺为镁合金塑性加工工艺，镁合金经过铸造后通过拉深工艺使镁合金具有更高的强度和延展性等力学性能，包括：镁合金铸造——挤压——轧制——塑性加工——后续热处理——超声波清洗——烘干。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的塑性加工工艺包括模具结构为圆柱形或锥形，冲头直径20——40mm，凹模圆弧半径4——7mm，厚度为1——3mm，成型温度为150——300度，拉伸速度为30——90mm/min，压边方式为固定刚性压边，压边间隙为1.02——1.13，润滑方式为石墨+机油。