CN106544609B - 一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺，包括如下步骤：步骤1)将镁合金坯料预热随后进行分级均匀化处理；步骤2)将挤压筒和挤压模具进行加热；步骤3)将处理过的镁合金坯料送入挤压机内进行挤压，制得镁合金板材；步骤4)对挤压成型的镁合金板材进行分级均匀化处理；步骤5)对挤压成型的镁合金板材表面进行电弧喷涂；步骤6)对挤压成型的镁合金板材表面进行化学气相沉积。本发明挤压加工镁合金板材过程中，采用分级均匀化处理，能够使得镁合金组织更加均匀，提高镁合金板材力学性能，而采用电弧喷涂和化学气相沉积对挤压成型的镁合金板材表面进行处理，能够有效提高镁合金板材的耐磨、耐腐蚀性能。

Description

一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺
技术领域
本发明涉及镁合金板材挤压成型技术领域，尤其是涉及一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺。
背景技术
随着石油、天然气等不可再生资源被过度消耗，“节能降耗”则成为了当今世界的主题。而对于交通业中能源的直接消耗者来说，汽车及轨道列车以及航空航天器本身节省能源的主流方式则是实现载体的轻量化，从而可以有效地减小运行所需的牵引动力，降低能耗，节约能源，并能实现载体的进一步高速化，而且还能降低惯性，减少启动和刹车时的动量，改善加、减速性能。镁合金是目前可工业化应用的最轻的金属材料，可显著减轻车辆的质量，而高性能的镁合金板材更能有效降低汽车及轨道列车得质量。目前，铸造镁合金占主导地位，但经过挤压、锻造、轧制等塑性加工工艺加工的镁合金产品具有更高的强度、更好的延展性和更多样化的机械性能。现有的镁合金挤压成型技术还不成熟，制备得到的镁合金板材力学性能及耐磨损性能都比较差。因而，开发一种高性能的镁合金成型工艺具有重要的意义。
发明内容
本发明目的是为了解决上述问题而提供一种新的挤压加工镁合金的工艺，该方法能够显著提高镁合金板材综合力学性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺，该工艺包括如下步骤：
步骤1)将镁合金坯料预热随后进行分级均匀化处理，所述镁合金坯料成分的质量百分比为：Al3.1wt.％～3.4wt.％、Zn1.1wt.％～1.3wt.％、Mn0.23wt.％～0.26wt.％、Ce≤0.04wt.％、Fe≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金坯料加热至395℃～415℃并保温18小时，随后加热至435℃～460℃并保温2小时；
步骤2)将挤压筒和挤压模具加热，所述挤压筒加热温度为385～430℃，挤压模具加热温度为390～450℃，将加热好的挤压模具送入挤压筒内；
步骤3)将处理过的镁合金坯料送入挤压机内进行挤压，制得镁合金板材，所述挤压机的挤压杆的推杆速率为0.09m/s～0.1m/s,挤压比为55～60；
步骤4)对挤压成型的镁合金板材作分级均匀化处理，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金板材加热至80℃～100℃并保温8小时，随后加热至150℃～180℃并保温6小时，最后加热至190℃～215℃并保温2小时；
步骤5)对挤压成型的镁合金板材表面进行电弧喷涂，通过电弧加热铝粉末至熔化形成熔滴,随后高速喷向镁合金板材表面形成Mg17Al12，操作参数设置如下：喷射时间：2～3min、熔化温度：650～700℃；
步骤6)对挤压成型的镁合金板材表面进行化学气相沉积制备碳化硅层，具体为：以石墨和石英砂共同为阴电极，通入乙炔气体，以在Mg17Al12过渡层表面利用等离子体化学气相沉积法沉积碳化硅层，操作参数设置如下：真空度：在6～8小时内降低至9×10-4Pa～12×10-4Pa，温度：在5～7小时内由室温升至420℃；乙炔气体流量：11～16sccm。
在本发明的高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺的步骤1)中，镁合金坯料成分均为常规合金元素，并无稀土元素或其它贵重金属添加，其原材料成本较低。该成分的镁合金高温变形性能良好，变形抗力小，可保证镁合金板材连续挤压生产。
在本发明的高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺的步骤3)中，在进行镁合金坯料挤压时加入润滑剂，能够减少坯料与挤压筒及挤压模之间的摩擦，降低摩擦力，改善金属流动性。
有益效果：首先，在本发明的挤压成型工艺过程中进行了两次分级均匀化处理，包括：镁合金坯料分级均匀化处理及挤压成型的镁合金板材分级均匀化处理，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，本发明采用电弧喷涂与化学气相沉积相结合的方法在镁合金型材表面制备复合涂层，首先采用电弧喷涂形成Mg17Al12过渡层,消除了基体与喷涂层间的孔隙,明显改善了后续碳化硅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。
最终，本发明得到的镁合金板材屈服强度最高可达380MPa、抗拉强度最高可达400MPa,其较高的力学性能适用于高速列车座椅、飞机座椅等应用场合中。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺，镁合金成分的质量百分比为：Al:3.1wt.％，Zn:1.1wt.％，Mn:0.23wt.％，Ce≤0.04wt.％，Fe≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，包括以下步骤：步骤1)首先将镁合金坯料送入电阻炉进行预热，温度至200℃，随后采用分级均匀化处理方式：即先将预热好的镁合金坯料加热至395℃并保温18小时，随后加热至435℃并保温2小时，本发明中由于对镁合金板材力学性能的要求，对镁合金坯料采用395℃高温长时间保温均匀化处理，这样镁合金坯料组织中的大角度晶界所占的比例逐渐变大，金属的结晶越来越充分，得到的镁合金板材的力学性能更优越，随后再对其进行435℃高温短时间保温均匀化处理使其组态更加均匀,晶粒更加细小；步骤2)用模温机对挤压模具进行加热，温度加热至390℃，同时打开挤压机对挤压筒进行加热，温度至385℃，并将挤压模具送入挤压筒内，本发明的挤压机选用的是卧式挤压机；步骤3)将预处理好的的镁合金坯料送入卧式挤压机内，在送入镁合金坯料的同时加入润滑剂，加入润滑剂能够减少坯料与挤压筒及挤压模之间的摩擦，润滑剂可选择石墨也可选择植物油，随后进行挤压成型制得镁合金板材，其中挤压机的挤压杆的推杆速率为0.09m/s,挤压比为55；步骤4)对挤压成型的镁合金板材作分级均匀化处理，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金板材加热至80℃并保温8小时，随后加热至150℃并保温6小时，最后加热至190℃并保温2小时；步骤5)对挤压成型的镁合金板材表面进行电弧喷涂，通过电弧加热铝粉末至熔化形成熔滴,随后高速喷向镁合金板材表面形成Mg17Al12过渡层，操作参数设置如下：喷射时间：2～3min、熔化温度：650～700℃，在本发明中，由于镁合金板材的表面积比较大，因此在涂覆过渡层时采用比较便捷的电弧喷涂法；步骤6)对挤压成型的镁合金板材表面进行化学气相沉积制备碳化硅层，具体为：以石墨和石英砂共同为阴电极，通入乙炔气体，以在Mg17Al12过渡层表面利用等离子体化学气相沉积法沉积碳化硅层，操作参数设置如下：真空度：在6～8小时内降低至9×10-4Pa～12×10-4Pa，温度：在5～7小时内由室温升至420℃；乙炔气体流量：11～16sccm。本实施例所得的高强度镁合金板材屈服强度可达到360MPa、抗拉强度可达到370MPa。
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，能够得到各种性能的镁合金型材。在本实施例中，镁合金成分质量百分比为：Al:3.4wt.％，Zn:1.3wt.％，Mn:0.26wt.％，Ce≤0.04wt.％，Fe≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，包括以下步骤：步骤1)首先将镁合金坯料送入电阻炉进行预热，温度至200℃，随后采用分级均匀化处理方式：即先将预热好的镁合金坯料加热至415℃并保温18小时，随后加热至460℃并保温2小时；步骤2)用模温机对挤压模具进行加热，温度加热至450℃，同时打开挤压机对挤压筒进行加热，温度至430℃，并将挤压模具送入挤压筒内，本发明的挤压机选用的是卧式挤压机；步骤3)将预处理好的的镁合金坯料送入卧式挤压机内，在送入镁合金坯料的同时加入润滑剂，其中挤压机的挤压杆的推杆速率为0.095m/s,挤压比为57；步骤4)对挤压成型的镁合金板材作分级均匀化处理，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金板材加热至100℃并保温8小时，随后加热至180℃并保温6小时，最后加热至215℃并保温2小时；步骤5)对挤压成型的镁合金板材表面进行电弧喷涂，通过等离子体将铝粉末加热至熔化状态并加速形成高速熔滴,喷向镁合金板材表面形成Mg17Al12过渡层；步骤6)对挤压成型的镁合金板材表面进行化学气相沉积制备碳化硅层。本实施例所得的高强度镁合金板材屈服强度可达380MPa、抗拉强度可达400MPa。
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，镁合金成分的质量百分比为：Al:3.2wt.％，Zn:1.2wt.％，Mn:0.25wt.％，Ce≤0.04wt.％，Fe≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，包括以下步骤：步骤1)首先将镁合金坯料送入电阻炉进行预热，温度至200℃，随后采用分级均匀化处理方式：即先将预热好的镁合金坯料加热至405℃并保温18小时，随后加热至445℃并保温2小时；步骤2)用模温机对挤压模具进行加热，温度加热至420℃，同时打开挤压机对挤压筒进行加热，温度至415℃，并将挤压模具送入挤压筒内，本发明的挤压机选用的是卧式挤压机；步骤3)将预处理好的的镁合金坯料送入卧式挤压机内，在送入镁合金坯料的同时加入润滑剂，其中挤压机的挤压杆的推杆速率为0.1m/s,挤压比为60；步骤4)对挤压成型的镁合金板材作分级均匀化处理，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金板材加热至90℃并保温8小时，随后加热至165℃并保温6小时，最后加热至205℃并保温2小时；步骤5)对挤压成型的镁合金板材表面进行电弧喷涂，通过等离子体将铝粉末加热至熔化状态并加速形成高速熔滴,喷向镁合金板材表面形成Mg17Al12过渡层；步骤6)对挤压成型的镁合金板材表面进行化学气相沉积制备碳化硅层。本实施例所得的所得高强度镁合金板材屈服强度可达370MPa、抗拉强度可达385MPa。
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 (2)

1.一种高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)将镁合金坯料预热随后进行分级均匀化处理，所述镁合金坯料成分的质量百分比为：Al3.1wt.％～3.4wt.％、Zn1.1wt.％～1.3wt.％、Mn0.23wt.％～0.26wt.％、Ce≤0.04wt.％、Fe≤0.002wt.％，余量为Mg及不可去除杂质，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金坯料加热至395℃～415℃并保温18小时，随后加热至435℃～460℃并保温2小时；
步骤2)将挤压筒和挤压模具加热，所述挤压筒加热温度为385～430℃，挤压模具加热温度为390～450℃，将加热好的挤压模具送入挤压筒内；
步骤3)将处理过的镁合金坯料送入挤压机内进行挤压，制得镁合金板材，所述挤压机的挤压杆的推杆速率为0.09m/s～0.1m/s,挤压比为55～60；
步骤4)对挤压成型的镁合金板材作分级均匀化处理，所述分级均匀化处理包括:首先将镁合金板材加热至80℃～100℃并保温8小时，随后加热至150℃～180℃并保温6小时，最后加热至190℃～215℃并保温2小时；
步骤5)对挤压成型的镁合金板材表面进行电弧喷涂，通过电弧加热铝粉末至熔化形成熔滴,随后高速喷向镁合金板材表面形成Mg17Al12过渡层，操作参数设置如下：喷射时间：2～3min、熔化温度：650～700℃；
步骤6)对挤压成型的镁合金板材表面进行化学气相沉积制备碳化硅层，具体为：以石墨和石英砂共同为阴电极，通入乙炔气体，以在β2Mg17Al12过渡层表面利用等离子体化学气相沉积法沉积碳化硅层，操作参数设置如下：真空度：在6～8小时内降低至9×10-4Pa～12×10-4Pa，温度：在5～7小时内由室温升至420℃；乙炔气体流量：11～16sccm。
2.根据权利要求1所述的高速列车座椅用高强度镁合金板材挤压成型工艺，其特征在于：所述步骤3)中，在进行镁合金坯料挤压时加入润滑剂。
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