專利名稱：一種鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊絲生產(chǎn)工藝，特別涉及一種AZ系列鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，屬 于鎂合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金作為一種新型的高性能輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，在實(shí)際應(yīng)用中需要高質(zhì)量、高 效的連接技術(shù)的支持，焊接是常用的連接方法之一。鎂合金焊接所需的焊絲，可通過鑄造、 擠壓以及擠壓拉拔相結(jié)合三種方法生產(chǎn)。鑄造法生產(chǎn)的焊絲通常存在夾渣、疏松等缺陷， 在使用前需要篩選，且只能滿足小批量生產(chǎn)。目前焊絲的主要生產(chǎn)方法是擠壓法、拉拔法和 擠壓拉拔法。根據(jù)各種牌號鎂合金的成分不同，其生產(chǎn)方法還有所差異，以應(yīng)用最廣的AZ系列 鎂合金焊絲為例，AZ31合金焊絲可采用拉拔法或擠壓拉拔來制作(徐奔.AZ31鎂合金絲材 拉拔工藝的研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文，2006年6月)。AZ61鎂合金可以采用熱擠壓法 生產(chǎn)2. Omm以上的絲，繼而采用小縮減量、多道次的熱拉拔法，將2. Omm以上的絲拉拔成直 徑為2. Omm以下的焊絲(金文中，劉順華，劉黎明，胡曉菊，董長富.AZ61鎂合金焊絲的成形 及性能的研究和進(jìn)展，上海有色金屬2004，25 (1):1-4)。AZ91合金采用熱擠壓法可制備表 面光潔、性能良好的直徑3-4mm焊絲(王冰.熱擠壓法制備鎂合金焊絲及其焊接接頭分析， 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007，3月)?？傊?，從現(xiàn)有報(bào)道看，國內(nèi)在生產(chǎn)直徑小于2mm的 焊絲時(shí)，通常通過對擠壓的絲進(jìn)行后續(xù)的熱拉拔來實(shí)現(xiàn)(金文中，劉順華，鎂合金焊絲的熱 擠壓-拉拔工藝及其變形機(jī)理，材料科學(xué)與工藝，(Vol. 13，No. 5，466-469)，生產(chǎn)效率較低。 現(xiàn)有的擠壓生產(chǎn)方法(ZL200710036341. 4)雖然可制備l_4mm直徑的鎂合金焊絲，但沒有針 對不同牌號的鎂合金制定其焊絲的具體生產(chǎn)工藝，不利于針對各種合金在保證焊絲質(zhì)量的 同時(shí)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。以往的焊絲熱擠壓法為先將坯料加熱至設(shè)定的擠壓溫度并保溫一定時(shí)間，同時(shí) 將模具和擠壓墊加熱到合適溫度，其溫度一般比坯料溫度低15-20K ；將擠壓模具安裝在模 座上，坯料裝進(jìn)擠壓筒，進(jìn)行擠壓操作。上述方法在焊絲的擠壓生產(chǎn)中，當(dāng)焊絲直徑超過3mm 時(shí)，擠壓較容易進(jìn)行，質(zhì)量基本可得到保障，但在生產(chǎn)直徑3mm以下的鎂合金焊絲時(shí)，通常 合金難以擠出或擠出速度很慢，速度稍高則焊絲的質(zhì)量下降，因而生產(chǎn)效率極低。其原因在 于
當(dāng)擠壓溫度過低時(shí)，鎂合金的塑性流動性較差，在模具型口處將受到較大的摩擦阻力， 導(dǎo)致焊絲表面產(chǎn)生劃傷或起皮，表面粗糙不利于焊絲在自動送絲機(jī)上使用。當(dāng)鎂合金中的 合金元素含量較高時(shí)，如果均勻化不充分，當(dāng)擠壓溫度過高或出絲速度過快時(shí)，焊絲表面會 出現(xiàn)大量的熱裂紋。熱裂紋的產(chǎn)生與金屬在擠壓過程中的受力與流動情況有關(guān)，由于模具 的約束和接觸摩擦的作用使焊絲外層金屬受到拉應(yīng)力作用，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到金屬的實(shí)際斷裂 強(qiáng)度極限時(shí)，表面就會出現(xiàn)向內(nèi)部擴(kuò)展的裂紋。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以制備0. 6 3mm 不同直徑的鎂合金焊絲、且成本較低，工藝簡單、焊絲質(zhì)量有保證的鎂合金焊絲熱擠壓法生 產(chǎn)工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
(1)先對鎂合金鑄錠進(jìn)行高溫均勻化處理；
(2)在鑄錠完成均勻化退火之前1小時(shí)，將鎂合金焊絲擠壓模具和擠壓墊放入鎂合金 鑄錠均勻化處理加熱爐中加熱；鎂合金鑄錠完成高溫均勻化處理后不出爐，直接調(diào)節(jié)加熱 爐溫度至鑄錠擠壓溫度，使鑄錠、擠壓模具和擠壓墊在該溫度下保溫均熱1 3小時(shí)；
(3)將保溫后的擠壓模具放入模座固定，鎂合金鑄錠放入擠壓機(jī)的擠壓筒里，然后放入 擠壓墊，進(jìn)行擠壓操作；針對不同的合金控制不同的擠壓速度，鎂合金鑄錠為AZ31時(shí)，焊絲 的擠壓速度控制在12m/min以下，鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)，焊絲的擠壓速度控制在Sm/min以 下，鎂合金鑄錠為AZ91時(shí)，焊絲的擠壓速度控制在5m/min以下；在擠壓機(jī)出口處對剛出來 的焊絲采用(X)2氣體保護(hù)，直到焊絲冷卻到250°C以下時(shí)取消CO2氣體保護(hù)，再對焊絲進(jìn)行 卷曲并用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻，即得鎂合金焊絲。第(1)步中鎂合金鑄錠的均勻化退火處理，對不同的鎂合金鑄錠，采用不同的溫度 和保溫時(shí)間當(dāng)鎂合金鑄錠為AZ31時(shí)，均勻化處理工藝為390 440°C X 12 14h ；當(dāng)鎂合 金鑄錠為AZ61時(shí)，均勻化處理采用300 350°C X8h + 400 450°C X8 IOh雙級處理 工藝；當(dāng)鎂合金鑄錠為AZ91時(shí)，均勻化處理采用270 320°C XlOh + 380 430°C X 12 14h雙級處理工藝。第(2)步中鎂合金鑄錠的擠壓溫度即保溫溫度，保溫溫度低于均勻化溫度10 400C ；不同成分的鎂合金的擠壓溫度范圍為AZ31合金為350 430°C ；AZ61合金為370 4400C ；AZ91合金為350 420°C ；焊絲直徑越小，宜選取較高的擠壓溫度。第(2)步中擠壓模具和擠壓墊與坯料一起保溫均熱，保溫時(shí)間為1 3小時(shí)；視不 同的坯料尺寸和合金種類以及模具的尺寸，選取保溫時(shí)間坯料和模具尺寸越大，所需保溫 時(shí)間越長。根據(jù)鎂合金合金型號的不同選用不同?？讛?shù)的擠壓模具。鎂合金鑄錠為AZ31時(shí) 擠壓模具的?？讛?shù)多于鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)擠壓模具的模孔數(shù)；鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)擠 壓模具的?？讛?shù)多于鎂合金鑄錠為AZ91時(shí)擠壓模具的?？讛?shù)。本發(fā)明針對不同合金成分的鎂合金焊絲的生產(chǎn)制定均勻化工藝、熱擠壓溫度和速 度，有利于提高各種成分鎂合金焊絲的熱擠壓速率，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。充分的均勻 化有助于消除合金坯料中的局部成分不均勻性，避免局部的低熔點(diǎn)共晶成分在高溫下熔化 而造成熱裂紋。而針對不同合金含量的鎂合金焊絲的擠壓生產(chǎn)，限定其擠壓溫度和速度范 圍，可避免因坯料擠壓溫度過高和擠壓速度過快而造成擠壓過程中焊絲出現(xiàn)熱裂紋。總之，本方法具有成本低，工藝簡單易操作的優(yōu)點(diǎn)，能夠制備0. 6 3mm不同直徑 的高品質(zhì)AZ系列鎂合金焊絲；不僅生產(chǎn)效率高，而且生產(chǎn)出來的焊絲具有力學(xué)性能好、表 面均勻光潔等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明鎂合金焊絲擠壓生產(chǎn)方法可以制備0. 6 3mm不同直徑的AZ系列鎂合金 焊絲，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。本發(fā)明AZ系列鎂合金焊絲的擠壓生產(chǎn)工藝涉及的主要設(shè)備有(臥式)擠壓機(jī)、鎂合 金焊絲擠壓模具和鎂合金坯料加熱設(shè)備。上述鎂合金焊絲擠壓模具為多模孔工作帶的擠壓 模具。本發(fā)明的具體生產(chǎn)方法為
1.先對鎂合金鑄錠進(jìn)行高溫均勻化處理，以消除鑄錠組織對加工性能帶來的不利影 響，改善鑄錠化學(xué)成分和局部組織的不均勻性，避免局部的低熔點(diǎn)共晶成分在高溫下熔化 而造成熱裂紋，提高成形性。根據(jù)不同的合金型號，均勻化工藝有所不同，具體為當(dāng)鎂合金 鑄錠為AZ31時(shí)，均勻化處理工藝為390 440°C X 12 14h ；當(dāng)鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)，均 勻化處理采用300 350°C X8h + 400 450°C X8 IOh雙級處理工藝，即300 350°C 溫度下保溫8小時(shí)，再升溫至400 450°C下保溫8 IOh ；當(dāng)鎂合金鑄錠為AZ91時(shí)，均勻 化處理采用270 320°C X IOh + 380 430°C X 12 14h雙級處理工藝。均勻化時(shí)盡量采用溫度的上限，溫度越高越有利于組織成分均勻擴(kuò)散，但是溫度 不宜過高，防止鎂合金在加熱設(shè)備中燃燒。2.采用焊絲模具的上下模之間的工作帶設(shè)計(jì)成帶有孔徑尺寸為0. 6 3mm的多 孔工作帶，其中模孔布置在距模具中心一定距離的同心圓上，且各孔之間的距離相等。?？讛?shù)目η的確定n=FQ/ (AF1) 式中Ftl-擠壓筒斷面積；
F1-單根制品斷面積；
λ -合理的擠壓比范圍(鎂合金制品擠壓比一般為10 100)； 其中?？椎臄?shù)量還要考慮鎂合金的合金含量，以AZ系列為例，鎂合金鑄錠為ΑΖ31時(shí)擠 壓模具的模孔數(shù)多于鎂合金鑄錠為ΑΖ61時(shí)擠壓模具的?？讛?shù)；鎂合金鑄錠為ΑΖ61時(shí)擠壓 模具的?？讛?shù)多于鎂合金鑄錠為ΑΖ91時(shí)擠壓模具的?？讛?shù)。3.在鑄錠完成均勻化退火之前1小時(shí)，將鎂合金焊絲擠壓模具和擠壓墊放入鎂 合金鑄錠均勻化處理加熱爐中與鑄錠一起加熱；當(dāng)鎂合金鑄錠完成高溫均勻化處理后不出 爐，直接調(diào)節(jié)加熱爐溫度至鑄錠擠壓溫度，使鑄錠、擠壓模具和擠壓墊在該溫度下保溫均熱 1 3小時(shí)；
鑄錠的擠壓溫度即保溫溫度，保溫溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀诰鶆蚧瘻囟?0 40°C ；不同成分的鎂 合金的擠壓溫度范圍為AZ31合金為350 430°C ；AZ61合金為370 440°C ；AZ91合金為 350 420O。本發(fā)明將擠壓模具和擠壓墊與坯料一起保溫均熱，焊絲直徑越小，宜選取較高的 保溫溫度。保溫時(shí)間則視不同的坯料尺寸和合金種類以及模具的尺寸而定，坯料和模具尺 寸越大，所需保溫時(shí)間越長。鑄錠擠壓溫度是擠壓變形時(shí)最重要的參數(shù)，它不但影響擠壓過程的進(jìn)行，還影響 成品率、產(chǎn)品的質(zhì)量以及組織和力學(xué)性能等。
在擠壓鎂合金焊絲時(shí)，如果變形溫度較低時(shí)，由于鎂合金塑性變形時(shí)滑移系少，鎂 合金中存在大量的孿晶，位錯(cuò)難以通過運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)重組，所以動態(tài)再結(jié)晶不易發(fā)生。焊絲表 面會出現(xiàn)大量的劃痕以及起皮，由于擠壓溫度較低，金屬的塑性流動性較差，在模具出口處 將受到較大的摩擦，可導(dǎo)致焊絲表面產(chǎn)生劃傷或起皮。當(dāng)擠壓溫度升高后，合金中原子熱振 蕩及擴(kuò)散速率增加，位錯(cuò)的滑移、攀移、交滑移比低溫下更容易，當(dāng)熱變形金屬內(nèi)的位錯(cuò)密 度上升到一定值，即驅(qū)動力足夠大時(shí)，合金就會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，組織越均勻，越有利于減 少擠壓力。但是在相同擠壓力的情況下，擠壓溫度過高，會出現(xiàn)出絲速度過快，焊絲表面出 現(xiàn)大量熱裂紋的情況。裂紋的產(chǎn)生與金屬在擠壓過程中的受力與流動情況有關(guān)。由于模具 的約束和接觸摩擦的作用而使坯料表面的合金向前運(yùn)動受到了阻礙，使焊絲中心部位的金 屬流速大于外層金屬流速，從而使外層金屬受到拉應(yīng)力作用，中心受到了壓應(yīng)力作用。由于 附加應(yīng)力的產(chǎn)生改變了變形區(qū)內(nèi)的基本應(yīng)力狀態(tài)，使表面層軸向工作應(yīng)力成為拉應(yīng)力。當(dāng) 這些拉應(yīng)力達(dá)到金屬的斷裂強(qiáng)度極限時(shí)，在表面就會出現(xiàn)向內(nèi)部擴(kuò)展的裂紋。根據(jù)生產(chǎn)實(shí) 踐可知在以上的具體溫度范圍內(nèi)和保溫時(shí)間下擠壓能得到品質(zhì)優(yōu)良的鎂合金焊絲。鎂合金的變形溫度范圍較窄，導(dǎo)熱性較好，若與冷模接觸，急冷時(shí)極易產(chǎn)生裂紋， 同時(shí)坯料因迅速傳熱到模具而溫度降低，致使坯料合金的擠壓流動性變差，所以必須對模 具進(jìn)行加熱。由于錠坯與模具的接觸面積較大，變形時(shí)間較長，模具的加熱溫度一般要低于 坯料加熱溫度，但考慮到模具安裝過程中的散熱很嚴(yán)重，可將模具、墊片與坯料一起加熱和 保溫，以減少工藝環(huán)節(jié)和設(shè)備成本。4.當(dāng)焊絲擠壓模具、鎂合金鑄錠的保溫時(shí)間合適，將擠壓模具放入模座固定，將保 溫處理的鎂合金鑄錠放入擠壓機(jī)的擠壓筒里，然后放入加熱到溫的擠壓墊，進(jìn)行擠壓操作， 擠壓桿進(jìn)入擠壓筒，推動擠壓墊對鎂合金鑄錠進(jìn)行擠壓。根據(jù)擠壓焊絲的質(zhì)量控制，調(diào)整擠 壓速度控制在12m/min以下。在擠壓出口處設(shè)置二氧化碳?xì)怏w箱對剛出來的焊絲進(jìn)行氣體 保護(hù)(防止其在高溫下氧化)，直到焊絲冷卻到250°C以下時(shí)取消CO2氣體保護(hù)，再對焊絲進(jìn) 行卷曲并用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻(可有效避免熱裂紋，加快焊絲成形)，可得到優(yōu)質(zhì)的鎂合金焊絲。 擠壓溫度(即坯料溫度)的設(shè)定以容易擠壓為目的，在考慮鎂合金種類、物理性能及力學(xué)性 能條件，且在不影響焊絲質(zhì)量的情況下，盡量采用擠壓溫度范圍的上限。對于鎂合金焊絲擠壓速度的控制原則是在保證焊絲表面不產(chǎn)生裂紋毛刺及尺寸 等問題下，當(dāng)擠壓機(jī)能力允許時(shí)，速度越快越好。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐表明，以AZ系列為例，擠壓 速度不能太快，隨著擠壓速度的增加，表面質(zhì)量降低，當(dāng)擠壓速度過高時(shí)(12mm/s)，表面會 出現(xiàn)裂紋。根據(jù)不同的合金型號，擠壓速度有所區(qū)別，具體實(shí)施例見下表
權(quán)利要求
1.一種鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)先對鎂合金鑄錠進(jìn)行高溫均勻化處理；(2)在鑄錠完成均勻化退火之前1小時(shí)，將鎂合金焊絲擠壓模具和擠壓墊放入鎂合金 鑄錠均勻化處理加熱爐中加熱；鎂合金鑄錠完成高溫均勻化處理后不出爐，直接調(diào)節(jié)加熱 爐溫度至鑄錠擠壓溫度，使鑄錠、擠壓模具和擠壓墊在該溫度下保溫均熱1 3小時(shí)；(3)將保溫后的擠壓模具放入模座固定，鎂合金鑄錠放入擠壓機(jī)的擠壓筒里，然后放入 擠壓墊，進(jìn)行擠壓操作，在擠壓機(jī)出口處對剛出來的焊絲采用CO2氣體保護(hù)，直到焊絲冷卻 到250°C以下時(shí)取消CO2氣體保護(hù)，再對焊絲進(jìn)行卷曲并用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻，即得鎂合金焊絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，其特征在于當(dāng)鎂合金鑄錠為 AZ31時(shí)，第(1)步均勻化處理工藝為390 440°C X 12 14h ；當(dāng)鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)， 均勻化處理采用300 350°C X8h + 400 450°C X8 IOh雙級處理工藝；當(dāng)鎂合金鑄 錠為A^l時(shí)，均勻化處理采用270 320°C X IOh + 380 430°C X 12 14h雙級處理工 藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，其特征在于第(2)步中鎂 合金鑄錠的擠壓溫度即保溫溫度，保溫溫度低于均勻化溫度10 40°C;鎂合金鑄錠為AZ31 時(shí)，保溫溫度為350 430°C;鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)，保溫溫度為370 440°C;鎂合金鑄錠 為AZ91時(shí)，保溫溫度為350 420°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，其特征在于鎂合金鑄錠為 AZ31時(shí)，第(3)步焊絲的擠壓速度控制在12m/min以下，鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)，焊絲的擠壓 速度控制在8m/min以下，鎂合金鑄錠為AZ91時(shí)，焊絲的擠壓速度控制在5m/min以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，其特征在于鎂合金鑄錠為 AZ31時(shí)擠壓模具的模孔數(shù)多于鎂合金鑄錠為AZ61時(shí)擠壓模具的?？讛?shù)；鎂合金鑄錠為 AZ61時(shí)擠壓模具的模孔數(shù)多于鎂合金鑄錠為AZ91時(shí)擠壓模具的?？讛?shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂合金擠壓焊絲的生產(chǎn)工藝，先對鎂合金鑄錠進(jìn)行高溫均勻化處理；在鑄錠完成均勻化退火之前1小時(shí)，將擠壓模具和擠壓墊放入均勻化處理加熱爐中加熱；鑄錠均勻化處理后不出爐，直接調(diào)節(jié)加熱爐溫度至鑄錠擠壓溫度，使鑄錠、擠壓模具和擠壓墊在該溫度下保溫；最后再進(jìn)行擠壓操作，在擠壓機(jī)出口處對剛出來的焊絲采用CO2氣體保護(hù)，直到焊絲冷卻到250℃以下時(shí)取消CO2氣體保護(hù)，再對焊絲進(jìn)行卷曲并用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻即得鎂合金焊絲。本方法具有成本低，工藝簡單易操作的優(yōu)點(diǎn)，能夠制備0.6～3mm不同直徑的高品質(zhì)AZ系列鎂合金焊絲；不僅生產(chǎn)效率高，而且生產(chǎn)出來的焊絲具有力學(xué)性能好、表面均勻光潔等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23K35/40GK102059483SQ20101061191
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者彭建, 湯愛濤 申請人:重慶研鎂科技有限公司