CN117718431A - 一种镁合金锥形筒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁合金锥形筒的制备方法，包括以下步骤：S1）将镁合金铸锭加热；S2）在凹模内自小端头至大端头端依次放置预成型活动垫块、步骤S1）得到的镁合金铸锭、闷实垫块和冲头，再开始锻压闷实；S3）将闷实垫块取出，将步骤S2）得到的镁合金铸锭进行反挤压，得到预成型镁合金铸锭，再冲切连片；S4）将得到的预成型镁合金铸锭进行加热，将所述预成型活动垫块取出，再进行锻压；S5）将步骤S4）得到的镁合金铸锭进行热处理，得到镁合金锥形筒。本发明提供了一种镁合金锥形筒的制备方法，其采用预成型+终成型锻造，其中终成型采用由锥形筒大端面向小端面成型的约束式变形，改进了现有变形不均匀，组织和性能离散性大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金制备技术领域，尤其涉及一种镁合金锥形筒的制备方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高强度、高耐热性以及优异的电磁屏蔽性能，有望成为替代铝合金的首选轻质结构材料。国内相关部门提出了了高强耐热镁合金研制需求，但与铝合金相比，镁合金属于密排六方结构，其滑移系少，变形能力较差，现有镁合金锥形筒主要的成形方式是采用反挤压成形，但常规的反挤压工艺为从锥形筒小端面逐步成形出锥形筒大端面，该种成形方式因小端面，变形量小，大端面又属于扩散型变形，变形不均匀，导致整体锥形筒锻件组织和性能离散性大，制约了镁合金的应用。因此，如何实现大规格镁合金构件高均匀性、低损伤的塑性成型成为镁合金扩大应用范围的关键目标。
针对上述问题，国内科研院所、应用单位进行了大量的研究。例如：公开号为CN103769817A的中国专利公开了一种大直径高强耐热镁合金厚壁筒形件的成形工艺，其主要采用变温多向锻造、环轧成形的工艺路线，该发明针对的是一种大规格厚壁的筒形件，且最终采用环轧成形的工艺，不适用于锥形筒制造。公开号为CN105107915A的中国专利申请公开了一种大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法，主要采用环轧制坯，再通过多道次旋压工艺来进行精密成形，该发明针对的是薄壁直筒形件，不适用于锥形筒制造。
此外，为了解决镁合金的塑性变形和组织性能协同问题，研究人员还提出了往复挤压、多向锻造、挤锻复合等工艺，但都不适宜大规格锥形筒的制备。因此，亟需开发一种高均匀、低损伤，且适宜于大规格镁合金锥形筒的成形工艺。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种镁合金锥形筒的制备方法，本申请提供的制备方法能够提升锥形筒性能均匀性。
有鉴于此，本申请提供了一种镁合金锥形筒的制备方法，包括以下步骤：
S1）将镁合金铸锭加热；
S2）在凹模内自小端头至大端头端依次放置预成型活动垫块、步骤S1）得到的镁合金铸锭、闷实垫块和冲头，再开始锻压闷实，使得到的镁合金铸锭填充凹模，所述凹模的形状与镁合金锥形筒的形状相对应，所述预成型活动垫块的直径与所述凹模的小端头直径相同；
S3）将闷实垫块取出，将步骤S2）得到的镁合金铸锭进行反挤压，得到预成型镁合金铸锭，再采用漏片模冲穿锥形筒小端连皮；
S4）将步骤S3）得到的预成型镁合金铸锭进行加热，将所述预成型活动垫块取出，在凹模内自小端头至大端头依次放置终成型活动垫块、加热后的预成型镁合金铸锭和冲头，再进行锻压，所述终成型活动垫块的直径与所述镁合金锥形筒小端头的直径相同；
S5）将步骤S4）得到的镁合金铸锭进行热处理，得到镁合金锥形筒。
优选的，所述放置之前还包括：
将冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块和终成型活动垫块分别加热至400~500℃，保温12~36h。
优选的，步骤S1）中，所述加热的温度为400~500℃，保温12~24h。
优选的，步骤S2）中，所述锻压闷实的下压速率≤10mm/s。
优选的，步骤S3）中，所述反挤压的速率为≤5mm/s。
优选的，步骤S4）中，所述加热的温度为400~500℃，保温1~5h。
优选的，步骤S4）中，所述锻压的下压速率≤5mm/s。
优选的，所述热处理的温度为150~300℃，保温24~48h。
优选的，步骤S2）中，所述冲头的顶部放置有上平砧，步骤S4）中，所述冲头的顶部放置有上平砧。
本申请提供了一种镁合金锥形筒的制备方法，其首先将镁合金铸锭加热，再将镁合金在预设凹槽内进行锻压闷实，使得镁合金铸锭形成闷实的锥形镁合金铸锭，然后将镁合金铸锭进行反挤压，得到小端头封端的锥形镁合金铸锭，最后将镁合金铸锭进行终成型，得到镁合金锥形筒；本申请在制备镁合金锥形筒的过程中，采用预成型和终成型的锻造方式，且终成型的锻造过程中采用由大端面向小端面成型的约束式变形，有利于提升锥形筒性能的均匀性，改进了现有常规锥形筒变形不均匀，组织和性能离散性大的问题。
附图说明
图1为本发明镁合金铸锭步骤S2）中锻压闷实的加工示意图；
图2为本发明镁合金铸锭步骤S2）锻压闷实后在凹模中的示意图；
图3为本发明镁合金铸锭经步骤S3）后在凹模中的示意图；
图4为本发明镁合金铸锭经步骤S4）后在凹模中的示意图；
图5为本发明实施例1制备得到的镁合金铸锭的产品实物照片；
图中1为上平砧，2为冲头，3为凹模，4为闷实垫块，5为坯料，6为顶出块，7为预成型活动垫块，8为终成型垫环，9为终成型活动垫块。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于现有技术中镁合金锥形筒反挤压成形方式变形量小、变形不均匀，最终使得锻件组织和离散性大的问题，本申请提供了一种镁合金锥形筒的制备方法，其通过预成型的反挤压方式和终成型的大端面向小端面的约束变形，增大了镁合金铸锭的变形量和变形均匀性，提升了锥形筒整体性能和均匀性。具体的，本发明实施例公开了一种镁合金锥形筒的制备方法，包括以下步骤：
S1）将镁合金铸锭加热；
S2）在凹模内自小端头至大端头端依次放置预成型活动垫块、步骤S1）得到的镁合金铸锭、闷实垫块和冲头，再开始锻压闷实，使得到的镁合金铸锭填充凹模，所述凹模的形状与镁合金锥形筒的形状相对应，所述预成型活动垫块的直径与所述凹模的小端头直径相同；
S3）将闷实垫块取出，将步骤S2）得到的镁合金铸锭进行反挤压，得到预成型镁合金铸锭，再采用漏片模冲穿锥形筒小端连皮；
S4）将步骤S3）得到的预成型镁合金铸锭进行加热，将所述预成型活动垫块取出，在凹槽内自小端头至大端头依次放置终成型活动垫块、加热后的预成型镁合金铸锭和冲头，再进行锻压，所述终成型活动垫块的直径与所述镁合金锥形筒小端头的直径相同；
S5）将步骤S4）得到的镁合金铸锭进行热处理，得到镁合金锥形筒。
在镁合金锥形筒的制备方法中，本申请首先将镁合金铸锭加热，以利于后期锻压的进行，所述加热的温度为400~500℃，保温12~24h，具体的，所述加热的温度为430~480℃，保温14~20h，更具体的，所述加热的温度为440~460℃，保温15~18h。
为了避免热量散失，本申请优先将锻造镁合金锥形筒的工具冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块、终成型活动垫块、终成型垫环加热至400~500℃，保温12~24h，具体的，所述加热的温度为430~480℃，保温14~20h，更具体的，所述加热的温度为440~460℃，保温15~18h。
按照图1的装置示意图，将预成型活动垫块、加热后的镁合金铸锭、闷实垫块和冲头放置在凹模内，且自凹模的小端头至大端头依次放置；所述凹槽作为镁合金锥形筒锻造的模具，其内的凹槽与镁合金锥形筒的尺寸对应。作为优选的，在冲头的顶部还放置有上平砧，以保证锻压的均匀进行；所述预成型活动垫块的直径与所述凹模的小端头直径相同，更具体的，所述预成型活动垫块与凹模的形状对应，即自凹模的小端面至大端面方向上，预成型活动垫块在轴向方向上的尺寸随凹模凹槽的轴向方向上的尺寸依次递增。在上述锻压工装准备完成后，则进行锻压闷实，以形成图2所示的闷实锥形镁合金铸锭。所述锻压闷实的下压速率≤10mm/s，具体的，所述下压速率≤8mm/s，更具体的，所述下压速率为3~5mm/s。
本申请然后将闷实垫块取出，将上述得到的镁合金铸锭进行反挤压，得到如图3所示预成型镁合金铸锭，所述反挤压是利用冲头将铝合金铸锭从小端面逐步成形出大端面的过程。在所述反挤压后，所述预成型铝合金铸锭未直接成型锥形筒镁合金铸锭，而是小端头封端的镁合金铸锭。所述反挤压的速率≤5mm/s，具体的，所述反挤压的速率为1mm/s、2mm/s、3mm/s、4mm/s或5mm/s。
在得到预成型镁合金铸锭之后，则进行冲切连片，具体采用漏片模穿锥形筒小端连皮。
按照本发明，然后将预成型镁合金铸锭进行加热，所述加热以保证后续变形的均匀性；所述加热的温度为400~500℃，保温1~5h，具体的，所述加热的温度为430~480℃，保温1~3h。之后将所述预成型活动垫块取出，按照图4所示的示意图，在凹槽内自小端头至大端头依次放置终成型活动垫块、加热后的预成型镁合金铸锭和冲头，再进行锻压；其中，所述终成型活动垫块的直径与所述镁合金锥形筒小端头的直径相同，即自小端面至大端面方向上，所述终成型垫块轴向方向上的尺寸随镁合金锥形筒轴向方向上的尺寸递增；最后进行锻压，所述锻压的下压速率不超过10mm/s，具体的，所述锻压的下压速率不超过5mm/s，更具体的，所述锻压的下压速率为2~4mm/s。上述锻压在凹模和终成型活动垫块的作用下使得镁合金铸锭由大端面向小端面的成型约束式变形，以有利于变形的均匀性。
本申请最后将镁合金铸锭进行热处理，以消除残余应力；所述热处理的温度为150~300℃，保温24~48h；具体的，所述热处理的温度为160~270℃，保温30~45h；更具体的，所述热处理的温度为200~250℃，保温35~42h。
在本申请中，上述小端头和上述大端头是相对的，即小端头的直径小于大端头的直径；为了制备镁合金锥形筒，本申请采用的凹模的凹槽的外径尺寸与镁合金锥形筒的外径尺寸相同。
与常规锥形筒锻造工艺相比，本发明提供的镁合金锥形筒的制备方法通过预成型和终成型都在模具内变形，降低了镁合金自由锻开坯的损伤风险，同时，增加了终成型工艺，采用由锥形筒大端面向小端面成型的约束式变形，增大了变形量和变形均匀性，有利于锥形筒整体性能及均匀性提升。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的镁合金锥形筒的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种提高镁合金锥形筒性能均匀性的制备方法，采用Mg-Re-Zn镁合金，包括以下步骤：
步骤1：将冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块、终成型活动垫块、终成型垫环加热至440℃，保温20h；
步骤2：将铸锭加热至450℃，保温15h；
步骤3：将凹模转移至锻压平台，再将加热完成的铸锭转移至凹模内；将冲头、闷实垫块放入铸锭上，锻压机开始下压，压机上平砧接触冲头后，下压速率5mm/s；
步骤4：铸锭填充凹模后，将闷实垫块取出，采用冲头以1mm/s进行反挤压；
步骤5：预成型完成后，采用漏片模冲穿锥形筒小端连皮；
步骤6：将冲切完成的锥形筒转移至加热炉中，在450℃保温2h；
步骤7：将预成型活动垫块取出，放入终成型活动垫块；依次将锥形筒、冲头及终成型垫环放入凹模，锻压机开始下压，压机上平砧接触冲头后，下压速率2mm/s；
步骤8：将锥形筒加热至200℃，保温35h。
本实施例制备的镁合金锥形筒如图5所示。
实施例2
一种提高镁合金锥形筒性能均匀性的制备方法，采用Mg-Re-Zn镁合金，包括以下步骤：
步骤1：将冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块、终成型活动垫块、终成型垫环加热至460℃，保温20h；
步骤2：将铸锭加热至470℃，保温15h；
步骤3：将凹模转移至锻压平台，再将加热完成的铸锭转移至凹模内；将冲头、闷实垫块放入铸锭上，锻压机开始下压，压机上平砧接触冲头后，下压速率3mm/s；
步骤4：铸锭填充凹模后，将闷实垫块取出，采用冲头以2.5mm/s进行反挤压；
步骤5：预成型完成后，采用漏片模冲穿锥形筒小端连皮；
步骤6：将冲切完成的锥形筒转移至加热炉中，在470℃保温2h；
步骤7：将预成型活动垫块取出，放入终成型活动垫块；依次将锥形筒、冲头及终成型垫环放入凹模，锻压机开始下压，压机上平砧接触冲头后，下压速率2mm/s；
步骤8：将锥形筒加热至200℃，保温35h。
对比例1
采用与实施例1相同镁合金铸锭，区别在于：采用常规反挤压工艺，不增加终成型工序，包括以下步骤：
步骤1：将冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块加热至440℃，保温20h；
步骤2：将铸锭加热至450℃，保温15h；
步骤3：将凹模转移至锻压平台，再将加热完成的铸锭转移至凹模内；将冲头、闷实垫块放入铸锭上，锻压机开始下压，压机上平砧接触冲头后，下压速率5mm/s；
步骤4：铸锭填充凹模后，将闷实垫块取出，采用冲头进行反挤压。
步骤5：反挤压完成后，将锥形筒加热至200℃，保温35h。
对比例2
采用与实施例1相同镁合金铸锭，区别在于：采用常规反挤压工艺，不增加终成型工序，但采用自由锻造工艺对铸锭进行改性，包括以下步骤：
步骤1：将冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块加热至440℃，保温20h。
步骤2：将铸锭加热至450℃，保温15h；
步骤3：采用二镦二拔工艺对铸锭进行自由锻造；
步骤4：将改锻后的铸锭转移至加热炉中，在450℃保温2h；
步骤5：将凹模转移至锻压平台，再将加热完成的铸锭转移至凹模内；将冲头、闷实垫块放入铸锭上，锻压机开始下压，压机上平砧接触冲头后，下压速率5mm/s；
步骤6：铸锭填充凹模后，将闷实垫块取出，采用冲头进行反挤压；
步骤7：反挤压完成后，将锥形筒加热至200℃，保温35h。
采用本发明实施例和对比例制备的锥形筒镁合金构件在不同位置的力学性能和均匀性进行检测，结果如表1所示；
表1 实施例和对比例制备的镁合金构件的性能数据表
由表1可知，本实施例制备的镁合金构件比常规锻造方法在各方向的性能有了明显提升。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种镁合金锥形筒的制备方法，包括以下步骤：
S1）将镁合金铸锭加热；
S2）在凹模内自小端头至大端头端依次放置预成型活动垫块、步骤S1）得到的镁合金铸锭、闷实垫块和冲头，再开始锻压闷实，使得到的镁合金铸锭填充凹模，所述凹模的形状与镁合金锥形筒的形状相对应，所述预成型活动垫块的直径与所述凹模的小端头直径相同；
S3）将闷实垫块取出，将步骤S2）得到的镁合金铸锭进行反挤压，得到预成型镁合金铸锭，再采用漏片模冲穿锥形筒小端连皮；
S4）将步骤S3）得到的预成型镁合金铸锭进行加热，将所述预成型活动垫块取出，在凹模内自小端头至大端头依次放置终成型活动垫块、加热后的预成型镁合金铸锭和冲头，再进行锻压，所述终成型活动垫块的直径与所述镁合金锥形筒小端头的直径相同；
S5）将步骤S4）得到的镁合金铸锭进行热处理，得到镁合金锥形筒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述放置之前还包括：
将冲头、凹模、闷实垫块、预成型活动垫块和终成型活动垫块分别加热至400~500℃，保温12~36h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述加热的温度为400~500℃，保温12~24h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2）中，所述锻压闷实的下压速率≤10mm/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3）中，所述反挤压的速率为≤5mm/s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4）中，所述加热的温度为400~500℃，保温1~5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4）中，所述锻压的下压速率≤5mm/s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为150~300℃，保温24~48h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2）中，所述冲头的顶部放置有上平砧，步骤S4）中，所述冲头的顶部放置有上平砧。
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