CN110877086A - 细晶大尺寸镁合金型材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，步骤依序包括：将镁合金锭坯在均匀化热处理；镦粗，循环压缩三次，滚圆；回炉保温；镦粗，循环压缩四次，滚圆；回炉保温；镦粗，循环压缩五次，滚圆；回炉保温；镦粗，循环压缩六次，滚圆；回炉保温；利用余热进行挤压，并在挤压出口处通过环形喷嘴进行淬水，得到镁合金型材。采用本发明方法，不仅能够在制备过程中有效防止坯料开裂，而且能够提高坯料边部温度和坯料变形能力，还能够使镁合金发生完全静态再结晶，更为重要的是能够细化镁合金型材晶粒，尤其适用于制造大尺寸镁合金型材。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金型材制备技术，具体涉及细晶大尺寸镁合金型材的制备方法。本发明所述大尺寸是指镁合金型材的任意两个维度的轮廓尺寸不小于120mm，所述轮廓尺寸不包括壁厚。
背景技术
随着航空航天、国防军工等技术的快速发展，相关产业对镁合金、铝合金等轻质材料的种类及数量需求急剧增加。镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减振性好、资源丰富等优点，是目前工程应用中最轻的金属结构材料，被誉为“用之不竭的轻质材料”、“绿色的工程材料”，其在航空航天、国防军工领域有着重要的应用前景。尽管镁合金在自身材料体系发展和与其关联制造技术方面都取得了重大进步，尤其是在交通运输以及3C等领域已达到一定产业化水平，但随着航空航天、兵器工业等技术的快速发展，要求镁合金型材与锻件具有更大的几何尺寸、更高的服役性能，以替代部分中高强铝合金作为主/次承力构件使用。
目前，为了提高镁合金构件的组织均匀性和最终力学性能，通常需要进行预变形开坯。对于小尺寸构件，通常采用挤压工艺来提高构件的最终组织均匀性，而对于大尺寸镁合金构件，受制于挤压的局限性，需采用锻造工艺实现变形开坯，但作为密排六方的镁合金，因其成形性较差，采用传统锻造工艺容易出现变形开裂，且锻造的大尺寸镁合金晶粒粗大。因此，开发新的细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，对于推动变形镁合金产品在主承力构件上的应用具有积极的意义。
文献CN105970130B公开了一种交替反挤压制备细晶镁合金的方法，步骤包括：1 )切割得镁合金圆柱体棒；2)棒料加热处理；3)模具预热；4)交替反挤压：将镁合金圆柱体棒，进行3～6道次的反挤压，制得镁合金变形件；每道次反挤压的操作顺序相同；每两道次反挤压之间，进行一次坯料回炉加热，将坯翻面进行下一道次反挤压；其中，首次反挤压，将镁合金圆柱体棒置于凹模底部，中心凸模下行后卸载，然后，空心凸模下行；5)最终道次锻造：中心凸模和空心凸模同时下行挤压，获得细晶镁合金。然而，该方法是针对外径为60～100mm、高度为30～50mm的小尺寸镁合金细化晶粒，并不是适用于制造大尺寸镁合金型材并细化大尺寸镁合金型材的晶粒。
发明内容
本发明目的在于提供细晶大尺寸镁合金型材的制备方法。
为了实现所述目的，本发明采用如下技术方案。
细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，步骤包括：
步骤1，将镁合金锭坯在500~520℃保温20~30h进行均匀化热处理；
步骤2，将均匀化处理后的镁合金锭坯镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩三次，压缩结束后滚圆；
步骤3，将步骤2中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470~490℃，保温时间控制为0.5~1.5h；
步骤4，将步骤3中保温结束后的坯料镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩四次，压缩结束后滚圆；
步骤5，将步骤4中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为500~520℃，保温时间控制为3~5h；
步骤6，将步骤5中保温结束后的坯料镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩五次，压缩结束后滚圆；
步骤7，将步骤6中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470~490℃，保温时间控制为0.5~1.5h；
步骤8，将步骤7中保温结束后的坯料镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩六次，压缩结束后滚圆；
步骤9，对步骤8中滚圆后的坯料利用余热进行挤压，并在挤压出口处通过环形喷嘴进行淬水，得到镁合金型材。
作为优选，步骤2和步骤4中，每次对镦粗件的压缩量控制为20~40%。
本发明中，所述压缩量是相对于上一次压缩结束后的镦粗件在压缩方向上的尺寸来定义的，例如：镦粗件第一次压缩前X方向尺寸为A，则第一次压缩量为A*（20%~40%）；第一次压缩结束后镦粗件在Y方向的尺寸变为B，则第二次压缩量为B*（20%~40%）；第二次压缩结束后镦粗件在Z方向的尺寸变为C，则第三次压缩量为C*（20%~40%）。
作为优选，步骤6和步骤8中，每次对镦粗件的压缩量控制为40~70%。
作为优选，各步骤中，所用上砧板温度和下砧板温度分别控制为200~300℃。
作为优选，所述镁合金型材中，各元素质量百分比为Gd：2~10%、Y：2~8%、Zn：0~2%、Zr/Mn：0.2~1%，余量为Mg和不可避免的杂质。作为优选，所述镁合金型材为镁合金棒材、镁合金管材或镁合金型钢。
有益效果：采用本发明方法，不仅能够在制备过程中有效防止坯料开裂，而且能够提高坯料边部温度和坯料变形能力，还能够使镁合金发生完全静态再结晶，均化组织，更为重要的是能够细化镁合金型材晶粒，尤其适用于制造大尺寸镁合金型材；采用本发明方法，可制备任意两个维度轮廓尺寸≥120mm的镁合金型材，且制得的镁合金型材晶粒尺寸小于7μm，解决了传统制造工艺制造大尺寸镁合金型材晶粒大，力学性能低的难题；此外，本发明方法工艺简单，适合于工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些简单的或者原理相同的替换或调整，均在本发明的保护范围之内。
实施例1
细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，步骤包括：
步骤1，将镁合金（Mg-8.3Gd-4.8Y-1.2Zn-0.5Zr合金）锭坯（规格为Ф500*800mm）置于510℃的氛围中保温23h，进行均匀化热处理；
步骤2，将上砧板、下砧板在280℃下热透，将均匀化处理后的镁合金锭坯置于砧板上径向镦粗，本次镦粗下压量控制为35%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩三次，每次对镦粗件的压缩量控制为28%，压缩结束后滚圆；例如，镦粗件第一次压缩前X方向的尺寸为800mm，则第一次压缩量为800*0.28=224mm；
步骤3，将步骤2中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为480℃，保温时间控制为0.8h；
步骤4，将步骤3中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为38%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩四次，每次对镦粗件的压缩量控制为27%，压缩结束后滚圆；
步骤5，将步骤4中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为510℃，保温时间控制为4h；
步骤6，将步骤5中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为50%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩五次，每次对镦粗件的压缩量控制为50%，压缩结束后滚圆；
步骤7，将步骤6中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470℃，保温时间控制为1h；
步骤8，将步骤7中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为50%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩六次，每次对镦粗件的压缩量控制为60%，压缩结束后滚圆；
步骤9，对步骤8中滚圆后的坯料利用余热进行挤压，并在挤压出口（挤压出口规格为Ф120mm的孔道）处通过环形喷嘴进行淬水，得到规格为Ф120mm的镁合金圆棒。
采用标准GB∕T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》中的方法测平均晶粒尺寸，经测，所得镁合金圆棒的平均晶粒尺寸为6.3μm。采用标准GB/T228.1-2010-《金属材料拉伸试验 第1部分:室温试验方法》测力学性能，经测，时效后（时效的工艺参数为200℃、22h）的镁合金圆棒室温下的抗拉强度为468Mpa，断后伸长率为8%。
实施例2
细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，步骤包括：
步骤1，将镁合金（Mg-6.5Gd-3.3Y-0.9Zn-0.5Mn合金）锭坯（规格为Ф650*850mm）置于520℃的氛围中保温30h，进行均匀化热处理；
步骤2，将上砧板、下砧板在280℃下热透，将均匀化处理后的镁合金锭坯置于砧板上径向镦粗，本次镦粗下压量控制为30%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩三次，每次对镦粗件的压缩量控制为35%，压缩结束后滚圆；
步骤3，将步骤2中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470℃，保温时间控制为0.8h；
步骤4，将步骤3中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为35%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩四次，每次对镦粗件的压缩量控制为40%，压缩结束后滚圆；
步骤5，将步骤4中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为520℃，保温时间控制为5h；
步骤6，将步骤5中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为55%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩五次，每次对镦粗件的压缩量控制为60%，压缩结束后滚圆；
步骤7，将步骤6中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470℃，保温时间控制为1h；
步骤8，将步骤7中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为50%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩六次，每次对镦粗件的压缩量控制为55%，压缩结束后滚圆；
步骤9，对步骤8中滚圆后的坯料利用余热进行挤压，并在挤压出口（挤压出口规格为200mm*300mm的孔道）处用环形喷嘴进行淬水，得到规格为200mm*300mm的镁合金方棒。
采用标准GB∕T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》中的方法测平均晶粒尺寸，经测，所得镁合金方棒的平均晶粒尺寸为5.4μm。采用标准GB/T228.1-2010-《金属材料拉伸试验 第1部分:室温试验方法》测力学性能，经测，时效后（时效的工艺参数为200℃、22h）的镁合金方棒室温下的抗拉强度为457Mpa，断后伸长率为9.5%。
实施例3
细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，步骤包括：
步骤1，将镁合金（Mg-2.3Gd-2.7Y-0.3Zn-0.3Mn合金）锭坯（规格为Ф660*850mm）置于500℃的氛围中保温20h，进行均匀化热处理；
步骤2，将上砧板、下砧板在290℃下热透，将均匀化处理后的镁合金锭坯置于砧板上径向镦粗，本次镦粗下压量控制为40%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩三次，每次对镦粗件的压缩量控制为20%，压缩结束后滚圆；
步骤3，将步骤2中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为490℃，保温时间控制为0.5h；
步骤4，将步骤3中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为30%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩四次，每次对镦粗件的压缩量控制为20%，压缩结束后滚圆；
步骤5，将步骤4中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为500℃，保温时间控制为3h；
步骤6，将步骤5中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为50%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩五次，每次对镦粗件的压缩量控制为40%，压缩结束后滚圆；
步骤7，将步骤6中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为490℃，保温时间控制为0.5h；
步骤8，将步骤7中保温结束后的坯料镦粗，本次镦粗下压量控制为45%，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩六次，每次对镦粗件的压缩量控制为40%，压缩结束后滚圆；
步骤9，对步骤8中滚圆后的坯料利用余热进行挤压，并在挤压出口（挤压出口所用模具为 “工”字形状）处通过环形喷嘴进行淬水，得到规格为长度L（30mm）*高度H（200mm）*宽度B（130mm）*翼缘厚度tf（12mm）*腹板厚度tw（10mm）的“工”字形镁合金型材。
采用标准GB∕T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》中的方法测平均晶粒尺寸，经测，所得“工”字形镁合金型材的平均晶粒尺寸为6.8μm。采用标准GB/T228.1-2010-《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》测力学性能，经测，时效后（时效的工艺参数为200℃、22h）的“工”字形镁合金型材室温下的抗拉强度为419Mpa，断后伸长率为11%。
Claims (5)
1.细晶大尺寸镁合金型材的制备方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1，将镁合金锭坯在500~520℃保温20~30h进行均匀化热处理；
步骤2，将均匀化处理后的镁合金锭坯镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩三次，压缩结束后滚圆；
步骤3，将步骤2中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470~490℃，保温时间控制为0.5~1.5h；
步骤4，将步骤3中保温结束后的坯料镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩四次，压缩结束后滚圆；
步骤5，将步骤4中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为500~520℃，保温时间控制为3~5h；
步骤6，将步骤5中保温结束后的坯料镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩五次，压缩结束后滚圆；
步骤7，将步骤6中滚圆后的坯料进行回炉保温，保温温度控制为470~490℃，保温时间控制为0.5~1.5h；
步骤8，将步骤7中保温结束后的坯料镦粗，将所得镦粗件按照“X向—Y向—Z向”循环压缩六次，压缩结束后滚圆；
步骤9，对步骤8中滚圆后的坯料利用余热进行挤压，并在挤压出口处通过环形喷嘴进行淬水，得到镁合金型材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2和步骤4中，每次对镦粗件的压缩量控制为20~40%。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤6和步骤8中，每次对镦粗件的压缩量控制为40~70%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：各步骤中，所用上砧板温度和下砧板温度分别控制为200~300℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于：所述镁合金型材中各元素质量百分比为Gd：2~10%、Y：2~8%、Zn：0~2%、Zr/Mn：0.2~1%，余量为Mg和不可避免的杂质。
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