一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法与流程

本发明属于有色金属的成型加工技术领域，具体涉及一种高强度镁合金小规格棒材的热旋锻方法。

背景技术：

金属棒材是一种应用广泛的型材，高强度的镁合金棒材作为可降解金属型材具有良好的应用前景。目前，镁合金棒材主要通过铸造和挤压的方法加工。铸造镁合金晶粒粗大且力学性能较差。相比而言，挤压制备的镁合金棒材晶粒细小且具有更高的强度和塑性。然而，挤压直径10mm以下的小规格镁合金棒材对模具要求较高且模具损耗严重，而且挤压出的棒材直线度较差。塑性变形是提升镁合金力学性能尤其是强度的重要方法。然而，镁合金为密排六方晶体结构，室温变形易发生开裂，高温变形又易发生晶粒长大和热裂，适当的变形温度区间窄。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法。该方法利用旋锻加工方法的高频次锻压，细化组织，从而大幅度提升镁合金棒材的强度。采用本发明的方法加工的镁合金小规格棒材，其抗拉强度和屈服强度较挤压制备的可分别提升33％～44％和33％～50％。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法，其特征在于，该方法为：将直径不大于50mm的镁合金棒坯在温度为280℃～380℃的条件下进行多道次热旋锻，得到直径不大于10mm的镁合金棒材，所述镁合金棒材的抗拉强度大于290MPa，所述镁合金棒材的屈服强度大于250MPa，所述热旋锻的道次压缩率为15％～40％，所述镁合金棒材的累积压缩率为60％～98％，其中当热旋锻的累积压缩率超过70％时进行中间退火处理，相邻两次中间退火处理之间的累积压缩率为70％～85％，所述中间退火处理的温度为200℃～450℃，所述退火处理的保温时间为20min～60min。

上述的一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法，其特征在于，所述镁合金棒坯热旋锻之前，在所述镁合金棒坯外均匀涂抹润滑剂，所述润滑剂由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:(10～15)的质量比混合而成。

上述的一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法，其特征在于，每道次热旋锻和中间退火热处理后均对镁合金棒坯进行机械打磨。

上述的一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法，其特征在于，所述热旋锻过程中控制旋锻机头主轴的转速为200r/min～400r/min。

上述的一种高强度镁合金小规格棒材的加工方法，其特征在于，所述热旋锻的送料速度为0.2m/min～2m/min。

本发明制备高强度镁合金小规格棒材过程中，压缩率指棒材压变形所产生的变形百分比，计算公式为：(A₀-A₁)×100％/A₀，其中A₀为变形前棒材的截面积，A₁为变形后棒材的截面积，道次压缩率指经过一道次加工后棒材所产生的变形百分比，累积压缩率指经过若干道次之后棒材累积产生的变形百分比。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用热旋锻法制备镁合金小规格棒材，该方法利用旋锻加工的高频次锻压和热加工下镁合金可产生较大的压变形，细化组织，从而大幅度提升镁合金棒材的强度。

2、本发明的变形温度选择在280℃～380℃下主要是由于镁合金在此温度下更多的滑移系可启动参与变形，易于加工成形，晶粒细化显著，从而强度提升更明显。

3、本发明制备的镁合金棒材的累积压缩率为60％～70％时，不用中间退火即可产生高强度的镁合金棒材，该工艺流程短、效率高、节能；若镁合金棒材累积压缩率超过70％时，需进行中间退火热处理，然后继续热旋锻，可大范围的调控棒材的规格尺寸，工艺易于控制，制备出的小规格棒材塑性较优。

4、采用本发明的方法加工的镁合金小规格棒材，抗拉强度和屈服强度较挤压可分别提升了33％～44％和33％～50％。

5、本发明采用由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:(10～15)的质量比混合而成的润滑剂涂抹镁合金棒坯，经过多道次热旋锻加工出的镁合金棒材具有较优的表面质量。

6、本发明的加工方法适用于镁合金棒材的制备，尤其是直径小于10mm的镁合金小规格棒材，避免了现有加工方法存在的工艺难以控制和性能稳定性差、直线度差的问题。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例4制备的WE54镁合金棒材的显微组织图。

图2是本发明实施例5制备的AZ31镁合金棒材的显微组织图。

具体实施方式

实施例1

以热旋锻法加工直径4.5mm的AZ61镁合金棒材为例，方法如下：

对直径12mm的AZ61镁合金棒坯进行4道次热旋锻，得到直径为4.5mm的AZ61镁合金棒材，经4道次热旋锻后的AZ61镁合金棒材的累积压缩率为85.9％，每道次热旋锻前在镁合金棒坯外均匀涂抹由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:12.5的质量比混合的润滑剂，热旋锻的送料速度为0.2m/min～1m/min，热旋锻工艺参数见表1；

表1实施例1的热旋锻工艺参数

第1～4道次热旋锻后均对镁合金棒坯进行机械打磨；第3道次热旋锻后对镁合金棒坯进行350℃保温40min的中间退火处理，然后将表面打磨光亮，再进行第4道次热旋锻。

本实例制备的AZ61镁合金棒材的抗拉强度强度为326MPa，屈服强度为271MPa，而采用传统挤压方法加工的同尺寸的AZ61镁合金棒材的抗拉强度强度为244MPa，屈服强度为201MPa。由此可见，采用本实施例的方法加工的AZ61镁合金棒材的抗拉强度比传统挤压法制备的AZ61镁合金棒材的抗拉强度高33.6％，屈服强度高34.8％。

实施例2

以热旋锻法加工直径10mm的Mg-2Zn-0.1Ca棒材为例，方法如下：

对直径30mm的Mg-2Zn-0.1Ca棒坯进行7道次热旋锻，得到直径为10mm的Mg-2Zn-0.1Ca棒材，经7道次热旋锻后的所述Mg-2Zn-0.1Ca棒材的累积压缩率为88.9％，每道次热旋锻前在镁合金棒坯外均匀涂抹由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:15的质量比混合的润滑剂，热旋锻的送料速度为0.8m/min～2m/min，热旋锻工艺参数见表2；

表2实施例2的热旋锻工艺参数

第1～7道次热旋锻后均对镁合金棒坯进行机械打磨；第4道次热旋锻后对镁合金棒坯进行200℃保温60min的中间退火处理，然后将表面打磨光亮，再进行第5道次热旋锻。

本实例制备的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉强度强度为391MPa，屈服强度为337MPa，而采用传统挤压方法加工的同尺寸的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉强度强度为283MPa，屈服强度为230MPa。由此可见，采用本实施例的方法加工的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉强度比传统挤压法制备的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉强度高38.2％，屈服强度高46.5％。

实施例3

以热旋锻法加工直径8mm的Mg-5Zn棒材为例，方法如下：

对直径50mm的Mg-5Zn棒坯进行6道次热旋锻，得到直径为8mm的Mg-5Zn棒材，经6道次热旋锻后的所述Mg-5Zn棒材的累积压缩率为84％，每道次热旋锻前在镁合金棒坯外均匀涂抹由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:15的质量比混合的润滑剂，热旋锻的送料速度为0.2m/min～2m/min，热旋锻工艺参数见表3；

表3实施例3的热旋锻工艺参数

第1～11道次热旋锻后均对镁合金棒坯进行机械打磨；第4道次热旋锻后对镁合金棒坯进行250℃保温60min的中间退火处理，然后将表面打磨光亮，再进行第5道次热旋锻；第8道次热旋锻后对镁合金棒坯进行250℃保温60min的中间退火处理，然后将表面打磨光亮，再进行第9道次热旋锻。

本实例制备的Mg-5Zn棒材的抗拉强度强度为383MPa，屈服强度为322MPa，而采用传统挤压方法加工的同尺寸的Mg-5Zn棒材的抗拉强度强度为288MPa，屈服强度为241MPa。由此可见，采用本实施例的方法加工的Mg-5Zn棒材的抗拉强度比传统挤压法制备的Mg-5Zn棒材的抗拉强度高33％，屈服强度高33.6％。

实施例4

以热旋锻法加工直径3.6mm的WE54镁合金棒材为例，方法如下：

对直径24mm的WE54镁合金棒坯进行10道次热旋锻，得到直径为4.5mm的WE54镁合金棒材，10道次所述WE54镁合金棒材的累积压缩率为97.8％，每道次热旋锻前在WE54镁合金棒坯外均匀涂抹由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:10的质量比混合的润滑剂，热旋锻的送料速度为0.2m/min～1m/min，热旋锻工艺参数见表4；

表4实施例4的热旋锻工艺参数

第1～10道次热旋锻后均对镁合金棒坯进行机械打磨；第4道次热旋锻后对镁合金棒坯进行450℃保温20min的中间退火处理，然后将表面打磨光亮，再进行第5道次热旋锻；第8道次热旋锻后对WE54镁合金棒坯进行450℃保温20min的中间退火处理，然后将表面打磨光亮，再进行第9道次热旋锻。

图1是本实施例制备的WE54镁合金棒材的显微组织图，从图中可以看出该合金的第二相被破碎且分布均匀，晶粒非常细小。本实例制备的WE54镁合金棒材的抗拉强度强度为367MPa，屈服强度为296MPa，而采用传统挤压方法加工的同尺寸的WE54镁合金棒材的抗拉强度强度为266MPa，屈服强度为212MPa。由此可见，采用本实施例的方法加工的WE54镁合金棒材的抗拉强度比传统挤压法制备的WE54镁合金棒材的抗拉强度高40％，屈服强度高39.6％。

实施例5

以热旋锻法加工直径8mm的AZ31镁合金棒材为例，方法如下：

对直径14mm的AZ31镁合金棒坯进行4道次热旋锻，得到直径为4.5mm的AZ31镁合金棒材，经4道次热旋锻后的AZ31镁合金棒材的累积压缩率为67.4％，每道次热旋锻前在镁合金棒坯外均匀涂抹由石墨粉、二硫化钼和黄油按照2:1:12.5的质量比混合的润滑剂，每道次热旋锻后对镁合金棒坯进行机械打磨，热旋锻的送料速度为0.2m/min～1m/min，热旋锻工艺参数见表5；

表5实施例5的热旋锻工艺参数

本实例制备的AZ31镁合金棒材的过程中不需进行中间退火热处理。

图2是本实施例制备的AZ31镁合金棒材的显微组织图，从图中可以看出该合金的组织比较均匀，晶粒细小；本实例制备的AZ31镁合金棒材的抗拉强度强度为337MPa，屈服强度为280MPa，而采用传统挤压方法加工的同尺寸的AZ31镁合金棒材的抗拉强度强度为234MPa，屈服强度为187MPa。由此可见，采用本实施例的方法加工的AZ31镁合金棒材的抗拉强度比传统挤压法制备的AZ31镁合金棒材的抗拉强度高44％，屈服强度高49.7％。并且本实例制备的AZ31镁合金棒材的过程中不需进行中间退火热处理，相比实施例1～4需要进行中间退火热处理的制备方法，该方法还显著地降低了加工成本，减少加工时间，提高加工效率，制备出的AZ31镁合金棒材能达到应用的力学性能要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。