一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺。工艺步骤包含：大炉熔炼、半连续铸造、均匀化退火、多向锻造、挤压成形和成形后热处理。其中多向锻造在液压机上进行，锻造前370-400℃保温坯料2-4h、经3次镦拔。挤压成形在卧式挤压机上进行，挤压比10-14，挤压出长度≥1000mm的三角型材。型材强度高、耐热性能好，可满足航空航天领域结构件的性能要求。型材经热处理后，沿挤压方向室温屈服强度≥265MPa、抗拉强度≥375MPa、伸长率≥9%。
【专利说明】一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及镁合金变形加工领域，特别涉及一种Mg-Al-Ag系镁合金锻造与挤压变形领域。
【背景技术】
[0002]镁合金具有密度低、比强度高、抗震减噪性能好等优点，是理想的轻质结构材料。目前其产品主要以铸件为主。研究发现镁合金经变形加工后可获得比铸件更均匀的组织、更优异的力学性能及更高的稳定性。但常温下镁合金可开动的滑移系少，塑性变形能力差。因此镁合金变形都是在高温条件下进行的，且镁合金对变形温度、变形速度等工艺参数较为敏感。因此其变形件制备难度大，应用较少。制定合理的变形工艺，使发挥镁合金高温成形性与提高其力学性能相结合，制备出高性能的变形件一直是亟待解决的技术难题。
[0003]Mg-Al系镁合金塑性好、耐蚀性优异，是最具发展前途的镁合金体系之一。但其强度低、耐热性能差，无法满足航空航天领域结构件的性能要求。研究表明在Mg-Al系镁合金中添加Ag、RE等元素可显著提高强度与耐热性能。结合常规的塑性变形方式，如挤压、锻造、轧制等可进一步提高Mg-Al-Ag系合金的性能。
[0004]挤压变形可充分发挥材料的塑形、显著改善材料微观组织、且生产效率高，是制备该三角型材理想的成形方式。但由于三角型材横截面大，挤压比相对较小，变形不深入，细化晶粒、提高强度的效果不明显。针对这一难点本发明采用锻挤结合的成形工艺，设计出一种Mg-Al-Ag系合金的锻造工艺与挤压工艺,成功制备出长度≥ 1000mm的三角型材。
【发明内容】
[0005]本发明是为 一种航空航天用镁合金三角型材提供一种成形工艺。本发明具体工艺如下。
[0006]1、利用大容量熔炼炉熔化原料，半连续铸造，去皮加出直径Φ200-240.ι的锭坯。合金成分为(wt.%)Al 7.5-9.0, Ag 0.02-0.80、Zn 0.35-0.55, Mn 0.05-0.20, RE
0.01-0.10、Ca 0.001-0.020、Fe ( 0.02、Si ( 0.05、Cu ( 0.02%、Ni ( 0.001，其余为 Mg。
[0007]2、为减少或消除非平衡凝固过程中产生的枝晶偏析，对锭坯进行均匀化退火处理。
[0008]3、在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前370-400°C保温锭坯2-4h、压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30_40%、拔长道次压下量5_10%、上下砧板温度150-200°C。每镦拔一次回炉退火，退火温度相对前一次加热温度降低20°C、退火时间1-2 h，经3次镦拔后将锭坯墩粗至直径Φ250-300πιπι。
[0009]4、多向锻造后直接在卧式挤压机上对锭坯挤压成形，挤压比10-14，并控制模具及挤压筒在200-300°C，挤压出长度> 1000mm的三角型材。挤压变形有利于发挥镁合金塑形，且生产效率高。
[0010]5、对型材进行热处理，热处理工艺为:400°C保温2h后，170-190°c保温30_40h。[0011]6、热处理后型材沿挤压方向室温屈服强度≥265MPa、抗拉强度≥375MPa、伸长率
≥9%。
[0012]本发明针对一种Mg-Al-Ag系镁合金，首次提出该三角型材锻挤结合的生产方式，挤压出长度> 1000mm的三角型材。解决了大截面镁合金型材挤压成形时，受挤压比限制，变形不深入，细化晶粒与提高性能的效果不明显的技术难题。
[0013]梯度变温多向锻造不仅保证了镁合金的高温塑性，而且充分改善了合金的显微组织，显著提高了合金的力学性能。镁合金层错能低，高温变形时可发生完全动态再结晶，因此起到了改善铸态组织的效果。高温变形后组织被改善，变形能力增强，采用降温锻造的手段可进一步细化晶粒。
[0014]挤压变形生产效率高，且生产的结构件表面质量好。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1三角型材横截面图。
[0016]图2挤压成形的三角型材。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:利用容量为I吨的熔炼炉熔融原料，半连续铸造，去皮加工出直径Φ 200mm 的 Mg_8.0A1-0.5Ag-0.4Ζη-0.ΙΜη-Ο.1 RE-0.02Ca (wt.%)合金铸锭。在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前370-400°C保温锭坯2h、压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5_10%、上下砧板温度150-200°C。每镦拔一次回炉退火，退火温度相对前一次加热温度降低20°C、退火时间I h，经3次镦拔后墩粗至直径Φ250πιπι。锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比10，控制模具及挤压筒温度在200-300°C，挤压出长度> 1000mm的三角型材。对型材进行热处理，热处理工艺为:400°C保温2 h后，180°C保温30h。经热处理后的三角型材，沿挤压方向的拉伸性能列于表
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[0018]实施例2:利用容量为I吨的熔炼炉熔融原料，半连续铸造，去皮加工出直径Φ 240mm 的 Mg_8.5A1-0.8Ag-0.4Ζη-0.ΙΜη-Ο.1 RE-0.01Ca (wt.%)合金铸锭。在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前380°C保温锭坯4h、压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200°C。每镦拔一次回炉退火，每次退火温度相对前一次加热温度降低20°C、退火时间2 h，经3次镦拔后墩粗直径至Φ300mm。锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比14，控制模具及挤压筒温度在200-300°C，挤压出长度> 1000mm的三角型材。对型材进行热处理，热处理工艺为:400°C保温2 h后，190°C保温30h。经热处理后的三角型材，沿挤压方向的拉伸性能列于表
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[0019]实施例3:利用容量为I吨的熔炼炉熔融原料，半连续铸造，去皮加工出直径Φ 200mm 的 Mg_9.0A1-0.6Ag-0.4Ζη_0.ΙΜη-Ο.1 RE-0.01Ca (wt.%)合金铸锭。在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，锻造前380°C保温锭坯2h、压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200°C。每镦拔一次回炉退火，每次退火温度相对前一次加热温度降低20°C、退火时间I h，经3次镦拔后墩粗直径至Φ250πιπι。锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比10，控制模具及挤压筒温度在200-300°C，挤压出长度> 1000mm的三角型材。对型材进行热处理，热处理工艺为:400°C保温2 h后，175°C保温40h。经热处理后的三角型材，沿挤压方向的拉伸性能列于表
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[0020]表1实施例中型材沿挤压方向拉伸性能
【权利要求】
1.一种中强耐热镁合金三角型材的成形工艺，合金质量百分比成分为Al 7.5-9.0、Ag0.02-0.80、Zn 0.35-0.55、Mn 0.05-0.20、RE 0.01-0.10、Ca 0.001-0.020、Fe ≤ 0.02、Si ≤0.05、Cu ≤0.02%、Ni ≤ 0.001，其余为Mg，其特征在于工艺步骤为: A、大炉熔炼； B、半连续铸造，经去皮加工后的锭坯直径为Φ200-240mm； C、对锭坯进行均匀化退火处理； D、370-400°C保温锭坯2-4h，在液压机上对锭坯进行镦拔式梯度变温多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200°C ;每缴拔一次后回炉退火，每次退火温度相对前一次加热温度降低20°C、退火时间1-2 h，经3次镦拔后墩粗锭坯至直径Φ250-300mm ； Ε、锻造后的锭坯直接在卧式挤压机上挤压成形，挤压比10-14，控制模具及挤压筒温度在200-300°C，挤压出长度≥1000mm的三角型材； F、对型材进行热处理，热处理工艺为:40(TC保温2 h后空冷至室温，再170-190°C保温30-40h。
2.根据权利要求1所述的中强耐热镁合金三角型材的成形工艺，其特征在于:型材沿挤压方向屈服强度≥265MPa、抗拉强度≥375MPa、伸长率≥9%。
【文档编号】C22F1/06GK103774015SQ201410021993
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月18日 优先权日:2014年1月18日
【发明者】刘楚明, 肖宏超, 雷义民, 芦玉波, 顾洪兵, 李慧中, 邹利民 申请人:中南大学, 西安现代控制技术研究所