CN106498321B - 一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，包括镁合金坯料预处理步骤和挤压步骤，还包括对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材表面进行化学气相沉积和磁控溅射镀膜处理，在镁合金坯料预处理步骤和挤压步骤中采用三次分级均匀化处理，包括镁合金坯料分级均匀化处理、镁合金铸棒分级均匀化处理及镁合金型材分级均匀化处理，本发明的镁合金型材的挤压成型工艺采用分级化均匀化处理制备得到的管状镁合金型材的尺寸精度和尺寸稳定性得以保证，对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材表面进行化学气相沉积和磁控溅射镀膜处理提高了管状镁合金型材的耐磨、耐腐蚀性能。

Description

一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺
技术领域
本发明涉及镁合金型材制造技术领域，尤其是涉及一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺。
背景技术
镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料之一，具有较高的比强度、比刚度以及良好的铸造、减震、切削加工和尺寸稳定性等性能,早已引起了航空工业和汽车工业的注意。
通过挤压工艺制备镁合金管材也已进入产业化生产阶段，且主要用于自行车和高档轿车上。但是制备中空薄壁状镁合金型材且具有较高精度、高性能的挤压成型工艺尚不成熟。
与常用金属钢和铝合金相比，镁合金的塑性成型性能相对较差，使用镁合金为原料通过常规的挤压工艺制备镁合金型材时，存在挤压成型缺陷较大和连续生产较为困难的缺陷。尤其是制备复杂截面或中空薄壁状镁合金型材，其尺寸精度和尺寸稳定性难以保证，且制备得到的镁合金型材的耐磨、耐腐蚀性差，大大影响镁合金型材的大规模应用，因此急需研发一种新的管状镁合金型材挤压成型工艺。
发明内容
本发明目的是为了解决上述问题而提供一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，用以提高制备出的中空薄壁管状镁合金型材的尺寸精度与稳定性，以解决现有技术挤压成型工艺在制备中空薄壁管状镁合金型材时的不足。
为实现上述发明目的，本发明公开了一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺。
一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，包括镁合金坯料预处理步骤和挤压步骤。
镁合金预处理步骤包括：将设定比例的镁合金坯料置于惰性气体气氛中加热至300℃并保温12～24小时后作第一次分级均匀化处理，然后制成铸棒，并对铸棒作第二次分级均匀化处理。
挤压步骤具体包括以下步骤：
步骤S21、将挤压模具和挤压筒进行加热，挤压筒加热至370℃～415℃，挤压模具加热至375～420℃，随后将挤压模具装入挤压筒内；
步骤S22、将铸棒送入挤压机内进行挤压成型，得到中空薄壁管状镁合金型材；
步骤S23、待挤压成型得到中空薄壁管状镁合金型材的温度降至200～240℃，使用自动矫直机进行矫直处理，以控制壁厚在0.9±0.02mm的范围内。
本发明的挤压成型工艺还包括：在步骤S23之后对中空薄壁管状镁合金型材作第三次分级均匀化处理。
本发明的挤压成型工艺还包括：对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材表面进行化学气相沉积制备碳化钨过渡层，具体为：以石墨和钨共同为阴电极，通入乙炔气体，以在镁合金型材表面利用等离子体化学气相沉积法沉积碳化钨过渡层，操作参数设置如下：真空度：在2～5小时内降低至1.6×10-4Pa～8×10-4Pa，温度：在2～3小时内由室温升至350℃；乙炔气体流量：7～9sccm。
本发明的挤压成型工艺还包括：对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材表面进行磁控溅射镀膜，具体为：在氩气气氛中，以碳化钨为靶材，在已经沉积在镁合金型表面的碳化钨过渡层上利用磁控溅射沉积铬膜层，操作参数设置如下：真空度：6.7×10-3Pa～7.1×10-1Pa、氩气流量：10～50sccm、溅射时间：30～60min、沉积温度：350～680℃。
有益效果：首先，在本发明的挤压成型工艺过程中进行了三次分级均匀化处理，包括对镁合金坯料及其制备而成的镁合金铸棒采用分级均匀化处理，还包括对挤压成型的管状镁合金型材作分级均匀化处理，这样能够使得镁合金铸态组织更加均匀,晶粒更加细小，可以更加有效地吸收位错和协调变形,使得细化后的挤压组织更加均匀，从而提高镁合金的力学性能；
同时，本发明采用化学气相沉积与磁控溅射镀膜相结合的方法在镁合金型材表面制备复合涂层，通过优化工艺，在中空薄壁管状镁合金型材表面沉积碳化钨过渡层和铬膜层，通过碳化钨过渡层的制备，明显改善了后续铬膜层与基体间的结合力，由此可以弥补镁合金型材在挤压过程中晶格缺陷，显著提高镁合金型材表面的耐磨性能以及耐腐蚀性能。
附图说明
图1为依据本发明制备的一种中空薄壁管状镁合金型材的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例的一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，镁合金成分质量百分比为：Al:3.4wt.％，Zn:1.5wt.％，Mn:0.4wt.％，Si≤0.02wt.％，Cr≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，包括镁合金坯料预处理步骤和挤压步骤，镁合金坯料预处理步骤包括：步骤S11、将镁合金坯料进行预热处理，即送入电阻炉中在惰性气体氛围中加热至300℃并保温12～24小时，惰性气体可选氦气或氩气，对镁合金坯料预热处理能够使镁合内部组织结构均匀化。镁合金坯料预热后对其进行分级均匀化处理，即首先将镁合金坯料加热至335℃并保温4小时，然后加热至368℃并保温8小时，将经过分级均匀化处理的镁合金坯料送入熔炼炉中进行将熔制，熔炼炉的温度控制在630℃～650℃；步骤S12、采用半连续铸造法将熔制得到的镁合金原料制成镁合金铸棒；步骤S13、对镁合金铸棒进行分级均匀化处理，即先将铸棒送入电阻炉加热至390℃并保温2小时，随后加热至410℃并保温5小时，最后加热至437℃并保温1小时，这样使得镁合金铸棒组织更加均匀,晶粒更加细小，可以更加有效地吸收位错和协调变形，易于挤压成型。挤压步骤包括：步骤S21、使用模温机对挤压模具进行加热，温度加热至395℃，同时打开挤压机对挤压筒进行加热，温度至400℃，并将挤压模具装入挤压筒内，本发明的挤压机选用的是卧式挤压机；步骤S22、将镁合金铸棒送入卧式挤压机内进行挤压成型，挤压成型得到中空薄壁管镁合金型材，其中挤压机的挤压杆的推杆速率为6m/min，挤压比为50；步骤S23、待挤压成型得到中空薄壁管镁合金型材的温度降至在200～240℃时，对其使用自动矫直机进行矫直处理，得到的中空薄壁管状镁合金型材壁厚为0.92mm，如图1所示。对经过矫直处理的中空薄壁管状镁合金型材进行分级均匀处理，即将中空薄壁管状镁合金型材加热至150℃并保温2小时，随后加热至215℃并保温3小时，这样能够消除中空薄壁管状镁合金型材在挤压过程中形成的应力，提高了中空薄壁管状镁合金型材的韧性。
同时，为了提高中空薄壁管状镁合金型材的耐磨性能，首先对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材进行表面化学气相沉积制备碳化钨过渡层，具体为：以石墨和钨共同为阴电极，通入乙炔气体，以在镁合金型材表面利用等离子体化学气相沉积法沉积碳化钨过渡层，操作参数设置如下：真空度：在2～5小时内降低至1.6×10-4Pa～8×10-4Pa，温度：在2～3小时内由室温升至350℃；乙炔气体流量：7～9sccm。通过碳化钨过渡层的制备，明显改善了后续铬膜层与基体间的结合力。随后对中空薄壁管状镁合金型材进行磁控溅射镀膜，其具体条件为：在氩气气氛中，以碳化钨为靶材，在已经沉积在镁合金型表面的碳化钨过渡层上利用磁控溅射沉积铬膜层，操作参数设置如下：真空度：6.7×10-3Pa～7.1×10-1Pa、氩气流量：10～50sccm、溅射时间：30～60min、沉积温度：350～680℃。由此可以有效弥补镁合金型材在挤压过程中形成的晶格缺陷，显著提高镁合金型材表面的耐磨性能以及耐腐蚀性能，使其能够适用于各种严酷的环境。
实施例2
本实施例的挤压成型工艺和实施例1主要是在镁合金坯料成分以及各个阶段温度上有所区别，在实际生产过程中通过调整镁合金坯料的成分以及在各个阶段的温度，能够得到企业所需尺寸的镁合金型材。在本实施例中，镁合金成分质量百分比为：Al:3.3wt.％，Zn:1.2wt.％，Mn:0.38wt.％，Si≤0.025wt.％，Cr≤0.003wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，镁合金坯料的均匀化处理，即首先将镁合金坯料加热至350℃并保温4小时，然后加热至375℃并保温8小时对，镁合金铸棒进行分级均匀化处理，即先将铸棒送入电阻炉加热至,400℃并保温2小时，随后加热至420℃并保温5小时，最后加热至445℃并保温1小时，对经过矫直处理的中空薄壁管状镁合金型材进行分级均匀处理，即将中空薄壁管状镁合金型材加热至180℃并保温2小时，随后加热至230℃并保温3小时，最终所得的中空薄壁管状镁合金型材的壁厚为0.9mm。
实施例3
本实施例的挤压成型工艺和实施例1主要是在镁合金坯料成分以及各个阶段温度上有所区别，在本实施例中，镁合金成分质量百分比为：Al:3.8wt.％，Zn:1.8wt.％，Mn:0.42wt.％，Si≤0.03wt.％，Cr≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，镁合金坯料的均匀化处理，即首先将镁合金坯料加热至320℃并保温4小时，然后加热至360℃并保温8小时对，镁合金铸棒进行分级均匀化处理，即先将铸棒送入电阻炉加热至,380℃并保温2小时，随后加热至405℃并保温5小时，最后加热至430℃并保温1小时，对经过矫直处理的中空薄壁管状镁合金型材进行分级均匀处理，即将中空薄壁管状镁合金型材加热至150℃并保温2小时，随后加热至215℃并保温3小时，最终所得的中空薄壁管状镁合金型材的壁厚为0.88mm。。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，其特征在于，包括：镁合金坯料预处理步骤和挤压步骤，其中，
镁合金坯料预处理步骤包括将设定比例的镁合金坯料置于惰性气体气氛中加热至300℃并保温12～24小时后作第一次分级均匀化处理，然后制成铸棒，并对铸棒作第二次分级均匀化处理；
所述镁合金坯料中各组分的质量百分比为：Al:3.3～3.8wt.％，Zn:1.2～1.8wt.％，Mn:0.38～0.42wt.％，Si≤0.03wt.％，Cr≤0.003wt.％，余量为Mg及不可去除杂质；
所述挤压成型工艺还包括对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材表面进行化学气相沉积和磁控溅射镀膜，以在中空薄壁管状镁合金型材表面沉积碳化钨过渡层和铬膜层。
2.根据权利要求1所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，其特征在于，所述挤压步骤具体包括以下步骤：
步骤S21、将挤压模具和挤压筒进行加热，挤压筒加热至370℃～415℃，挤压模具加热至375～420℃，随后将挤压模具装入挤压筒内；
步骤S22、将铸棒送入挤压机内进行挤压成型，得到中空薄壁管状镁合金型材；
步骤S23、待挤压成型得到中空薄壁管状镁合金型材的温度降至200～240℃，使用自动矫直机进行矫直处理，以控制壁厚在0.9±0.02mm的范围内。
3.根据权利要求2所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，其特征在于，所述步骤S23之后还包括对中空薄壁管状镁合金型材作第三次分级均匀化处理。
4.根据权利要求1所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，其特征在于，对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材进行表面化学气相沉积制备碳化钨过渡层，具体为：以石墨和钨共同为阴电极，通入乙炔气体，以在镁合金型材表面利用等离子体化学气相沉积法沉积碳化钨过渡层，操作参数设置如下：真空度：在2～5小时内降低至1.6×10-4Pa～8×10-4Pa，温度：在2～3小时内由室温升至350℃；乙炔气体流量：7～9sccm。
5.根据权利要求1所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺，其特征在于，对挤压成型的中空薄壁管状镁合金型材表面进行磁控溅射镀膜，具体为：在氩气气氛中，在已经沉积在镁合金型表面的碳化钨过渡层上利用磁控溅射沉积铬膜层，操作参数设置如下：真空度：6.7×10-3Pa～7.1×10-1Pa、氩气流量：10～50sccm、溅射时间：30～60min、沉积温度：350～680℃。
6.根据权利要求2所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺,其特征在于，所述步骤S22中，挤压机的挤压杆的推杆速率为6～7m/min，挤压比为49～52。
7.根据权利要求1所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺,其特征在于，所述的第一次分级均匀化处理具体包括：首先将镁合金坯料加热至320-350℃并保温4小时，随后加热至360-375℃并保温8小时。
8.根据权利要求1所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺,其特征在于，所述的第二次分级均匀化处理具体包括：先将铸棒加热至380～400℃并保温2小时，随后加热至405～420℃并保温5小时，最后加热至430～445℃并保温1小时。
9.根据权利要求3所述的中空薄壁管状镁合金型材的挤压成型工艺,其特征在于，所述的第三次分级均匀化处理具体包括：首先将镁合金型材加热至120～180℃并保温2小时，随后加热至200～230℃并保温3小时。
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