專利名稱：一種Mg-Zn-Zr系鎂合金模鍛件的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金模鍛件的制備方法。
背景技術：
鎂合金具有一系列的優(yōu)點。鎂合金的密度只有1. 8g/cm3左右，比鋁合金輕36%， 比鋅合金輕73%，比鋼輕77%，是目前工程應用中質量最輕的金屬材料。鎂合金比強度明 顯高于鋁合金和鋼，略低于比強度最高的纖維增強材料；比剛度則與鋁合金和鋼相當，但遠 高于纖維增強材料。高純度鎂合金具有剛性佳，減震性和機械加工性好，鎂合金熱導性好， 熱穩(wěn)性高，電磁屏蔽特性好，阻尼性好和可回收性等特性。由于鎂的標準電位為-2. 363V，是 負電性很強的金屬，其耐蝕性很差。鎂合金在材料制造、加工成型和產品使用過程中都存在 被氧化的問題，因而它的應用受到很大的限制，其優(yōu)越性得不到發(fā)揮。20世紀90年代以后， 隨著冶煉技術的提高和先進成型技術的出現以及制造成本的降低，鎂合金材料才得到了實 際應用，不僅在航天航空，而且在汽車工業(yè)、電子信息、民用家電等領域均已得到廣泛的應 用，并且具有廣闊的應用前景和開發(fā)潛力，作為工程材料，已經成為21世紀眾所矚目的焦 點ο一股來說，根據生產工藝的不同，鎂合金可分為鑄造鎂合金及變形鎂合金。由于鎂 合金屬于密排六方結構金屬，塑性變形能力差，很難加工成板、帶、棒、型和鍛件，因此當前 應用較廣的是鑄造鎂合金，鎂合金主要采用鑄件作為結構材料使用。鎂合金的生產難度很 大；鎂合金生產技術還不成熟和完善，特別是鎂合金成型技術遠不成熟和完善成為限制鎂 合金廣泛應用的主要問題。ZK61M合金是現在所有常用鎂合金中強度最高的一種，又由于ZK61M鎂合金本身 輕的緣故，因此ZK61M合金幾乎是所有材料中比強度最高的一種，然而ZK61M合金并不是無 懈可擊的材料，它存在如鑄造熱裂傾向嚴重、塑性很差等諸多缺點。為改善ZK61M合金的力 學性能，拓寬它的應用領域，許多材料工作者針對ZK61M合金進行了晶粒細化、超塑性、復 合材料等方面的研究，但均沒有得出較好的消除鑄造熱裂傾向、提高塑性的研究成果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決現有ZK61M鎂合金的鑄造熱裂傾向嚴重、塑性差，導致 加工成型困難，限制了 ZK61M鎂合金的應用領域的問題，本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-&系鎂 合金模鍛件的制備方法。本發(fā)明Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法是通過以下步驟實現的一、按重量 百分比稱取如下合金原料5. 5%的Ζη、0. 6%的&、0. 01% 0. 05%的A1、0. 01% 0.
的Μη、0. 01% 0. 05%的Cu、0. 001% 0. 005%的Ni和余量的Mg ；二、將步驟一的合金原 料加入熔煉爐中在695°C 705°C的條件下熔煉lOOmin，然后進行鑄造得鎂合金圓鑄錠，控 制鑄造速度為36mm/min 40mm/min ；三、將步驟二的鎂合金圓鑄錠進行直接擠壓，擠壓溫 度為300 400°C，擠壓比6. 25 ；四、進行模鍛，開段溫度為390 410°C，終鍛溫度為不低于320°C;五、進行時效處理，在160 170°C條件下保溫20 28小時，然后隨爐冷卻，即得 Mg-Zn-Zr系鎂合金模鍛件。本發(fā)明的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件即為ZK6IM鎂合金模鍛件。本發(fā)明的優(yōu)點(1)本發(fā)明的優(yōu)點在于解決了不能對鎂合金進行復雜形狀塑性加工成形的問題。(2)能改善鎂合金的組織結構和機械性能，能得到形狀復雜的鎂合金模鍛件，并具 有尺寸精度高、加工工序簡單、大變形量加工的優(yōu)點。(3)模鍛后尺寸精度高，力學性能好；在室溫下縱向抗拉強度達到294N/mm2，斷后 伸長率彡8%。本發(fā)明的ZK61M鎂合金模鍛件應用于制造發(fā)動機主減低蓋，是直升機的關鍵構 件。本發(fā)明制備得到的ZK61M鎂合金模鍛件成功避免了新型直升機受控于國外，滿足了軍 工的急需，實現了直九直升機的國產化。


圖1是具體實施方式
一的步驟二中得到的鎂合金圓鑄錠放大50倍的低倍組織圖； 圖2是具體實施方式
一得到的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件放大50倍的低倍組織圖；圖3是具體實施方式
一得到的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件放大200倍的高倍組織圖；圖4是具體實 施方式的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的三維立體圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法是通過以 下步驟實現的一、按重量百分比稱取如下合金原料5. 5 %的Ζη、0. 6 %的&、0. 01 % 0. 05% 的 A1、0. 01% 0. 的 Μη、0. 01% 0. 05% 的 Cu、0. 001% 0. 005% 的 Ni 和余 量的Mg ；二、將步驟一的合金原料加入熔煉爐中在695°C 705°C的條件下熔煉lOOmin，然 后進行鑄造得鎂合金圓鑄錠，控制鑄造速度為36mm/min 40mm/min ；三、將步驟二的鎂合 金圓鑄錠進行直接擠壓，擠壓溫度為300 400°C，擠壓比6. 25 ；四、進行模鍛，開鍛溫度為 390 410°C，終鍛溫度為不低于320°C ；五、進行時效處理，在160 170°C條件下保溫20 28小時，然后隨爐冷卻，即得Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件。本實施方式的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件是ZK61M鎂合金模鍛件。圖1是本實施方式步驟二中得到的鎂合金圓鑄錠放大50倍的低倍組織圖，由圖1 可見，鑄錠表面晶粒細小而均勻，符合國標GB/T 3246. 2-2000中的一級晶粒度規(guī)定。未見 有與表面垂直的柱狀晶區(qū)，未見夾雜、化合物偏析、裂紋等冶金缺陷。本實施方式得到的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件放大50倍的低倍組織圖如圖2所 示，由圖2可見，Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件中可看出流線沿鍛造變形方向分布；未發(fā)現非金 屬夾雜物和裂紋以及氧化膜缺陷。低倍檢查結果表明模鍛件的低倍組織完全符合技術標準 要求。本實施方式得到的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件放大200倍的高倍組織圖如圖3所示，由圖3可見，Mg-Zn-Zr系鎂合金模鍛件的鑄造枝晶網已嚴重破碎，無明顯枝晶網痕跡， 化合物細小且沿變形方向排列，說明鍛造變形充分而均勻。本實施方式針對鎂合金的熔鑄工藝和鎂合金鍛件鍛造變形工藝進行研究，解決 了不能對鎂合金進行復雜形狀塑性加工成形的問題，能改善鎂合金的組織結構和機械性 能，能得到形狀復雜的鎂合金模鍛件，并具有尺寸精度高、加工工序簡單、大變形量加工的 優(yōu)點；模鍛后尺寸精度高，力學性能好；在室溫下縱向抗拉強度達到294N/mm2，斷后伸長率 ^ 8%。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將步驟一的合 金原料加入熔煉爐中在700°C的條件下熔煉lOOmin。其它步驟及參數與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二中鑄造時同 時進行水冷，水冷采用漏斗。其它步驟及參數與具體實施回復時一或二相同。本實施方式中水冷時采用大小適中的漏斗，可以使鑄造應力分布均勻，使金屬液 流均勻對稱地流向鑄錠周邊。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟二中控制 鑄造速度為38mm/min。其它步驟及參數與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟三中擠壓 溫度為320 380°C。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟三中擠壓 溫度為350°C。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟四中開鍛 溫度為400°C，終鍛溫度為350°C。其它步驟及參數與具體實施一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟五中在 165°C條件下保溫24小時。其它步驟及參數與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法是通過以下 步驟實現的一、按重量百分比稱取如下合金原料5. 5%的Ζη、0. 6%的&、0. 03%的Al、 0. 08%的Μη、0. 04%的Cu、0. 005%的Ni和余量的Mg ；二、將步驟一的合金原料加入熔煉 爐中在700°C的條件下熔煉lOOmin，然后進行鑄造得鎂合金圓鑄錠，控制鑄造速度為36mm/ min 40mm/min ；三、將步驟二的鎂合金圓鑄錠進行直接擠壓，擠壓溫度為350°C，擠壓比 6. 25 ；四、進行模鍛，開鍛溫度為400°C，終鍛溫度為350°C;五、進行時效處理，在165°C條件 下保溫24小時，然后隨爐冷卻，即得Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件。本實施方式得到的Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件是應用于Z9直升機用鎂合金模鍛件 Z9-10，三維立體圖如圖4所示。由圖4可知，成型完好，表面光滑。本實施方式得到的應用于Z9直升機用鎂合金模鍛件Z9-10，尺寸精度高，力學性 能好；在室溫下縱向抗拉強度達到294N/mm2，斷后伸長率彡8%。
權利要求
一種Mg Zn Zr系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在于Mg Zn Zr系鎂合金模鍛件的制備方法是通過以下步驟實現的一、按重量百分比稱取如下合金原料5.5％的Zn、0.6％的Zr、0.01％～0.05％的Al、0.01％～0.1％的Mn、0.01％～0.05％的Cu、0.001％～0.005％的Ni和余量的Mg；二、將步驟一的合金原料加入熔煉爐中在695℃～705℃的條件下熔煉100min，然后進行鑄造得鎂合金圓鑄錠，控制鑄造速度為36mm/min～40mm/min；三、將步驟二的鎂合金圓鑄錠進行直接擠壓，擠壓溫度為300～400℃，擠壓比6.25；四、進行模鍛，開鍛溫度為390～410℃，終鍛溫度為不低于320℃；五、進行時效處理，在160～170℃條件下保溫20～28小時，然后隨爐冷卻，即得Mg Zn Zr系鎂合金模鍛件。
2.根據權利要求1所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在于步驟 二中將步驟一的合金原料加入熔煉爐中在700°C的條件下熔煉lOOmin。
3.根據權利要求1或2所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在于 步驟二中鑄造時同時進行水冷，水冷采用漏斗。
4.根據權利要求3所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在于步驟 二中控制鑄造速度為38mm/min。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在 于步驟三中擠壓溫度為320 380°C。
6.根據權利要求1、2或4所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在 于步驟三中擠壓溫度為350°C。
7.根據權利要求5所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征在于步驟 四中開鍛溫度為400°C，終鍛溫度為350°C。
8.根據權利要求1、2、4或7所述的一種Mg-Zn-&系鎂合金模鍛件的制備方法，其特征 在于步驟五中在165°C條件下保溫24小時。
全文摘要
一種Mg-Zn-Zr系鎂合金模鍛件的制備方法，它涉及一種鎂合金模鍛件的制備方法。本發(fā)明解決現有ZK61M鎂合金的鑄造熱裂傾向嚴重、塑性差，導致加工成型困難，限制了ZK61M鎂合金的應用領域的問題。本發(fā)明的制備方法稱取合金原料；然后熔煉澆注得鑄錠；將鑄錠擠壓后模鍛，再進行時效處理即可。本發(fā)明的制備方法能進行復雜形狀鎂合金的塑性加工成形，并具有加工尺寸精度高、加工工序簡單；模鍛后的鎂合金尺寸精度高，力學性能好，在室溫下縱向抗拉強度達到294N/mm2，斷后伸長率≥8％。成功避免了新型直升機受控于國外，滿足了軍工的急需，實現了直九直升機的國產化。
文檔編號B21K3/00GK101947632SQ20101026206
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權日2010年8月25日
發(fā)明者劉科研, 周江, 張宏偉, 張燕飛, 王國軍, 金龍兵 申請人:東北輕合金有限責任公司