CN108326072B - 一种镁合金无缝管径锻穿轧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型镁合金无缝管径锻穿轧工艺，属于镁合金无缝管材制备领域；通过如下技术方案予以实现：（一）、均质化处理阶段：初步解决铸态棒材成分偏析，疏松等组织问题；（二）、镁合金棒材径向锻造，通过径锻工艺进行组织改性，细化晶粒提升棒材塑性；（三）、锻后温度检测、以及二次加温阶段；（四）、棒材穿轧毛管阶段；（五）、后续热处理，以及精整工艺，热处理工艺对管材性能进一步优化，经后续的精整工艺，包括减壁、定径、光整和清洗等工艺得到最终镁合金管材。本发明所提供的径向锻造技术可同时对坯料的两个方向进行锻打，对坯料宽展方向的变形进行约束，在提高加工效率的同时，使锻件承受三向压应力，更有利于得到超塑性超细晶镁合金棒材，限制了裂纹的扩展，改善成型锻件内部微观组织，锻合棒材中的空洞，解决成分偏析问题有利于金属塑性变形，尤其适用于低塑性金属的加工。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金无缝管材制备领域，具体涉及一种超细晶镁合金管材径锻穿轧制备工艺。
技术背景
随着科技进步社会的发展，人们开始认识到全球资源的有限性以及日益严重的环境污染给社会带来的危害，因此人们对航空航天、汽车、摩托车船舶等制造领域要求更加苛刻。要求使用的零件轻量化，实现结构轻量化主要有两条途径：一、零件自身使用材料力学性能提升，采用低密度高强度的材料；二、在结构上采用“以空代实”和变截面等强构件，对于承受以弯曲和扭转载荷为主的构件，采用空心结构，即可减轻重量节省材料也可充分利用材料的强度和刚度。镁合金管材良好的契合了时代要求。镁合金作为最轻的工程金属材料，具有比强度高、比刚度高、阻尼减震性好、尺寸稳定性好、机加工方便、易于回收等优点，被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”。
目前，商业化的镁合金管材制备方式主要为铸造和挤压。但管材的铸态及挤压态组织明显，难以满足对高塑性管材的要求。在组织力学性能方面还有极大的提升空间。专利CN 103801647 A和CN 102632175 A分别提供的镁合金管材的制备方法，采用径向锻造工艺，直接对管坯锻打，通过塑性变形对管材的工艺性能进行优化，但所用工艺方法需要在管坯内腔装加芯棒，芯棒抱死现象严重，若加大芯棒与管坯内腔的距离，管材内壁难以实现三向压应力状态，影响管材工艺性能。现有的镁合金热穿孔工艺在成型效率方面具有较大优势，但管材成材率较低。
发明内容
针对上述技术情况，本发明从穿轧的坯料塑性优化入手，采用径锻机对镁合金棒材进行开坯锻造，随后通过三辊联合穿轧工艺对棒材进行轧制穿孔，提供一种超细晶、高塑性、高成材率的镁合金管材制备工艺。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种镁合金无缝管径锻穿轧工艺，具体包括以下工艺流程：
（一）均质化处理阶段：
1）对铸态或挤压态的镁合金棒材表面进行打磨处理，打磨后的棒材用高速吹风机清理，避免原有毛刺和残留的镁合金粉末，在后续的均质化热处理中引燃棒材；
2）将清理后铸态或挤压态的镁合金棒材，放置在保温炉中保温3到5小时，保温温度为200℃到500℃。
（二）铸态或挤压态的镁合金棒材径向锻造阶段：
1）锻造模具预热。通过保温罩、火焰喷射器等加热保温装置，对操作机夹手和锤头进行预热处理，预热温度为150℃到250℃，避免因镁合金激冷效应导致棒材表面出现裂纹，如实现大批量流水线生产，只需在设备启动阶段进行预热处理；
2）棒坯径向锻打阶段。径锻机锤头打击频次为120n/min～550n/mm，单次锤头压下量为3mm/n～12mm/n，操作机夹手夹紧镁合金棒材，以拉打速度为5mm/n～50mm/n，周向转速为10º/n～45º/n的工艺参数喂送给径锻机。
（三）锻后温度检测、以及二次加温阶段：
1）锻造出的棒材，在传送给三辊联合穿轧机前，由在线温度检测装置检测棒材温度，并由后续的加热保温装置进行升温保温处理。
使用条件及背景：由于径锻机锻造频次较高，模拟发现锻造结束后存在一定升温现象，但为防止设备现场径锻机与三辊联合穿轧机间的距离较远，棒材在空气中的散热严重，需对棒材进入三辊联合穿轧机前的温度检测。针对检测到的温度，看是否满足穿轧温度200℃到400℃要求，采取相应的加热保温措施。
（四）棒材穿轧毛管阶段：
1）根据棒材的直径以及穿管径要求，合理调控轧机辊缝，轧辊转速为30r/min～75r/min，顶头前伸量为35mm～55mm，将锻造后的棒材穿轧成不同规格的管材。
（五）后续热处理，以及精整工艺
穿轧后的毛管通过相应的热处理工序，如，去应力退火等对管材性能进一步优化，热处理后的管材通过后续的精整工艺，包括减壁、定径、光整和清洗工艺得到最终镁合金管材。
本发明的有益效果是：所提供的径向锻造技术可同时对坯料的两个方向进行锻打，对坯料宽展方向的变形进行约束，在提高加工效率的同时，使锻件承受三向压应力，更有利于得到超塑性超细晶镁合金棒材，限制了裂纹的扩展，改善成型锻件内部微观组织，锻合棒材中的空洞，解决成分偏析问题；径向锻造采用高频锻打的方式，锤头与棒材接触时间较短，热量散失少、且产生的变形热使得锻打过程中温降小，易实现等温锻造，有利于对组织演变过程的精准控制，同时避免镁合金坯料与锤头接触时激冷现象的产生；径向锻造单次锻打压下量小，可合理控制累积压下率，同时由于径向锻造变形过程中，不同压下率所对应的应力及应变量不同，致使动态再结晶现象，在径向上的分布有所差异，从而得到外部组织细密内部晶粒相对粗大的棒材，同时锻打后的棒材，在塑韧性等性能方面较铸态或挤压态有明显提升，为后续的棒材穿轧提供理想的坯料，通过穿轧工艺顶头的挤压，使管材内部发生塑性变形，晶粒进一步细化；三辊联合穿轧工艺，穿管效率高，调整方便，同台设备无需更换轧辊即可生产不同规格的管材（外径Φ50～250mm），且变形过程中轧件处于三向压应力状态，有利于金属塑性变形，尤其适用于低塑性金属（镁合金）的加工。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的径锻工艺原理图；
图3为三辊联合穿轧工艺原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案，都属于本发明保护的范围。
本实施例采用的镁合金材料为铸态AK60，经检验标准GB/T 13748.20-2009，测定化学成分如表一所示。镁合金棒材原料的尺寸规格为Φ142×780。
| 化学成分 | ZN | Zr | Fe | Cu | Ni | Mn | Al | Be | Si |
| 质量分数/% | 5.35 | 0.57 | 0.0026 | 0.0011 | 0.0017 | 0.012 | 0.004 | 0.0001 | 0.0025 |
首先在磨床上棒材表面进行磨削抛光，单边磨削余量为1mm，磨削完的棒材经高速鼓风机清理后，放置在炉内温度为450℃的电阻加热炉中保温3小时，在棒材出炉前5分钟，对锻造模具预热。通过火焰喷射器，对操作机夹手和锤头进形预热行处理，保证径锻机锤头和操作机夹手在工作时的温度为250℃左右，通过径锻机对棒材进行锻打，锤头打击频次为310n/min单次锤头压下量为12mm/n，操作机夹手夹持镁合金棒材的拉打速度为15mm/n，周向转速为20º/n。打击后的棒材直径为Φ80，由于本实验现场三辊联合穿轧机离径锻机距离较远，镁合金棒材散热严重，本实验将径锻后的镁合金棒材用保温棉包裹后，放置在木板小车上，避免和金属直接接触，运送到三辊联合穿轧机旁，经红外测温计检温温度为300℃满足穿孔要求，进行后续穿孔工作。所用的三辊联合穿轧机的基本参数如下：最大辊腰直径为340mm，顶头前伸量45mm，辊缝间距为23mm，轧辊转速为40r/min。穿轧后的管材送入热处理炉中进行后续的热处理工艺，热处理温度范围为150℃～300℃，保温时间为30min～120min。
热处理后的毛管经高压水枪清理后，经减壁、定径机组，减壁定径后进行光整处理，后获得镁合金管材。
以上所述，仅为本发明中一例具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，基于本发明中的方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案，都属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种镁合金无缝管径锻穿轧工艺，其特征在于：具体包括以下工艺流程：
（一）、均质化处理阶段：初步解决铸态或挤压态的镁合金棒材成分偏析、疏松等组织问题；
（二）、铸态或挤压态的镁合金棒材径向锻造，通过径锻工艺进行组织改性，细化晶粒提升棒材塑性；
（三）、锻后温度检测、以及二次加温阶段；
（四）、棒材穿轧毛管阶段；
（五）、后续热处理，以及精整工艺，热处理工艺对管材性能进一步优化，经后续的精整工艺，包括减壁、定径、光整和清洗工艺得到最终镁合金管材；
所述镁合金棒材径向锻造阶段，具体包括以下步骤：
1）锻造模具预热：通过保温罩、火焰喷射器和加热保温装置，对操作机夹手和锤头进行预热处理，预热温度为150℃～250℃，在大批量流水线生产中，只需在设备启动阶段进行预热处理；
2）棒材径向锻打阶段：径锻机锤头打击频次为120n/min～550n/min，单次锤头压下量为3mm/n到12mm/n，操作机夹手夹紧镁合金棒材，以拉打速度为5mm/n～50mm/n，周向转速为10º/n到45º/n的工艺参数喂送给径锻机；
所述锻后温度检测以及二次加温阶段：对棒材进入三辊联合穿轧机前进行温度检测，针对检测到的温度，判断是否满足穿轧温度200℃到400℃要求，并采取相应的加热保温措施；
所述棒材穿轧毛管阶段，轧辊转速为30r/min～75r/min，顶头前伸量为35mm～55mm，送进角为5º～8º；
所述后续热处理工艺，热处理温度为：150℃～350℃，保温时间为：30min～2h。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金无缝管径锻穿轧工艺，其特征在于：所述均质化处理阶段具体包括以下步骤：
1）对铸态或挤压态的镁合金棒材表面进行打磨处理，打磨后的棒材用高速吹风机清理；
2）将清理后铸态或挤压态的镁合金棒材，放置在保温炉中保温3～12h，保温温度为200℃～500℃。
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