一種大直徑中強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝的制作方法
【專利摘要】本專利公開了一種大直徑中強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝。該工藝路線為：大爐熔煉、半連續(xù)鑄造、均勻化退火、變溫多向鍛造、機(jī)械穿孔、環(huán)軋成形和時(shí)效處理，其中變溫多向鍛造是在油壓機(jī)上進(jìn)行，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長道次壓下量5-10%，環(huán)軋成形前坯料經(jīng)380-400℃保溫4-8h，軋制變形量60-80%。制備出外徑Ф700-1100mm、壁厚50-100mm、高度300-700mm的厚壁筒形件。該厚壁筒形件強(qiáng)度高、耐熱性能好，滿足航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)件的尺寸及性能要求。
【專利說明】一種大直徑中強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金變形加工領(lǐng)域，特別涉及一種Mg-Al-Ag系鎂合金的鍛造及環(huán)軋變形領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大直徑厚壁筒形件作為航空航天領(lǐng)域中重要的結(jié)構(gòu)件，是用鋁合金制備的。隨著航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，材料減重已成為該領(lǐng)域的迫切要求。如果用鎂合金制備這些大直徑厚壁筒形件，可起到顯著的減重效果(鎂合金密度比鋁合金輕三分之一)。利用鎂合金制備厚壁筒形件難度較大。鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，滑移系少，常溫變形能力差；熱變形溫度區(qū)間窄且散熱快；大直徑厚壁筒形件所需坯料尺寸大，坯料制備難度大；目前缺少可參考的鎂合金厚壁筒形件成形工藝的報(bào)道。
[0003]本專利針對航空航天領(lǐng)域?qū)Υ笾睆芥V合金厚壁筒形件實(shí)際需求，基于一種Mg-Al-Ag系合金，采用變溫多向鍛造與環(huán)軋成形相結(jié)合的工藝路線，首次設(shè)計(jì)出大直徑厚壁筒形件成形工藝，并制備出外徑Φ700-1100mm、壁厚50-100mm、高度300-700mm的厚壁筒形件。該厚壁筒形件對推進(jìn)鎂合金在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為制備大直徑、中強(qiáng)度耐熱鎂合金厚壁筒形件提供一種切實(shí)可行的工藝路線，以滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Υ笾睆芥V合金厚壁筒形件的迫切需求。本發(fā)明提出的成形工藝如下。
[0005]1.厚壁筒形件所需坯料尺寸較大，采用大容量的熔煉爐熔化原料。
[0006]2.半連續(xù)鑄造并機(jī)械加工出直徑Φ480-600πιπι的鎂合金錠坯。合金質(zhì)量百分比成分:A1 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%,其余為 Mg。鑄錠無裂紋、缺陷少、成分偏析小。高質(zhì)量的鑄錠是后續(xù)變形加工順利進(jìn)行的有力保障。
[0007]3.為減少或消除非平衡凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析，對鑄錠進(jìn)行雙級均勻化退火處理。均勻化退火工藝為250-300°C保溫10-12h后，升溫至380_410°C保溫20_30h，空冷至室溫。
[0008]4.在油壓機(jī)上對錠坯進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長道次壓下量5-10%、上下砧板溫度150-20(TC。鍛造前將錠坯加熱至380-410°C保溫8-16h。鍛造過程中當(dāng)錠坯表面溫度低于350°C時(shí)回爐退火，退火工藝370°C -400°C保溫4-8h。退火后重復(fù)鐓拔過程，經(jīng)3次以上鐓拔后將錠坯壓扁至高度250-480mm。多向鍛造可改善鎂合金鑄態(tài)組織，細(xì)化晶粒。但鎂合金鍛造溫度范圍較窄，且對變形速度敏感，因此合理制定鍛造溫度與變形速度等工藝參數(shù)是鍛造變形能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵。同時(shí)這些參數(shù)對變形后鎂合金的顯微組織影響很大，影響合金的力學(xué)性能。
[0009]5.在錠坯中心處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ200-260πιπι。[0010]6.在環(huán)軋機(jī)上對錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量60-80%、軋輥溫度200-250°C、環(huán)軋前加熱錠坯至380°C -400°C保溫4_8h，環(huán)軋出外徑Φ700-1100_、壁厚50-100mm、高度300_700mm的厚壁筒形件。
[0011]7.Mg-Al-Ag系多元鎂合金是一種可時(shí)效強(qiáng)化鎂合金，因此對成形后的厚壁筒形件進(jìn)行時(shí)效處理，其工藝為170-190°C保溫30-40h。
[0012]8.該厚壁筒形件的力學(xué)性能為:高向、切向、徑向室溫屈服強(qiáng)度≥190MPa、抗拉強(qiáng)度≥320MPa，伸長率≥6% ;150°C屈服強(qiáng)度≥160MPa、抗拉強(qiáng)度≥200MPa、伸長率≥30%。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下。
[0014]I)首次提出完整的鎂合金厚壁筒形件成形工藝。從熔鑄、鍛造、環(huán)軋到成形后時(shí)效處理，各工藝步驟有機(jī)結(jié)合。在該工藝的指導(dǎo)下成功制備出大直徑鎂合金厚壁筒形件。
[0015]2)該工藝生產(chǎn)效率高。變形過程中只需加熱2-3次，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)減少重復(fù)加熱次數(shù)有利于提高鎂合金的力學(xué)性能。
[0016]3)鎂合金熱變形溫度范圍窄、對變形速度敏感，其變形參數(shù)的設(shè)計(jì)及控制難度大。本發(fā)明通過大量的實(shí)驗(yàn)，成功優(yōu)化了所用合金的熱變形參數(shù)，使其成形性與良好的力學(xué)性能相結(jié)合。
[0017]4)為提高效率，減少重復(fù)加熱次數(shù)，軋制時(shí)采用一次環(huán)軋成形。這要求軋制速度及變形量均較大(變形量> 60%)，不利于發(fā)揮鎂合金塑形，成形困難。本發(fā)明采用多向鍛造+環(huán)軋結(jié)合的工藝路線。用大變形量的多向鍛造來改善鑄態(tài)組織細(xì)化晶粒，從而提高鎂合金在環(huán)軋時(shí)的變形能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)機(jī)械車皮、切割、倒角處理后的錠坯。
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)多向鍛造后的錠坯。
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)中間穿孔后的錠坯。
[0021]圖4本發(fā)明實(shí)施例1成形后的厚壁筒形件。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1:利用大爐熔融原料，半連續(xù)鑄造澆鑄出直徑Φ530mm的Mg-8.0Al-
0.5Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1 RE-0.01Ca (wt.%)鎂合金鑄錠。鑄錠依次進(jìn)行機(jī)械車皮、切割、倒角等處理，最終加工出直徑Φ480πιπι，長度700mm的錠坯，如圖1所示。對錠坯進(jìn)行雙極均勻化退火，退火工藝為250-300V保溫10-12h后，升溫至380-410°C保溫20_30h，空冷至室溫。錠坯加熱至410°C保溫10h，在油壓機(jī)上對錠坯進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長道次壓下量5_10%、上下砧板溫度150-200°C。鍛造過程中當(dāng)錠坯表面溫度低于350°C時(shí)回爐退火，退火溫度400°C、保溫時(shí)間5h。每次回爐退火溫度相對前一次降低10°C。退火后重復(fù)鐓拔過程，經(jīng)3次鐓拔后將錠坯壓扁至高度480mm，如圖2所示。在錠還中心處機(jī)械穿孔,孔尺寸Φ250ι?πι,如圖3所示。在軋環(huán)機(jī)上對錠還進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量68%、軋輥溫度200-250°C。環(huán)軋前加熱錠坯至400°C保溫8h。成形后對厚壁筒形件進(jìn)行180°C X30h時(shí)效處理。最終制備的厚壁筒形件外徑Φ700πιπι、高度500mm、壁厚100mm，如圖4所示。時(shí)效后室溫與150°C時(shí)的拉伸性能分別列于表1、表2。[0023]實(shí)施例2:首先利用大爐熔融合金原料，然后半連續(xù)鑄造澆鑄出直徑Φ550πιπι的Mg-8.0A1-0.5Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1 RE-0.02Ca (wt.%)合金鑄錠。鑄錠依次進(jìn)行機(jī)械車皮、切割、倒角等處理，最終加工出直徑Φ500mm，長度780mm的錠坯。對錠坯進(jìn)行雙極均勻化退火，退火工藝為250-300°C保溫10-12h后，升溫至380-410°C保溫20_30h，空冷至室溫。400°C保溫錠坯16h，在油壓機(jī)上對錠坯進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長道次壓下量5-10%、上下砧板溫度150-200°C。鍛造過程中當(dāng)錠坯表面溫度低于350°C時(shí)回爐退火，退火溫度390°C、保溫時(shí)間8h。每次回爐退火溫度相對前一次降低10°C。退火后重復(fù)鐓拔過程，經(jīng)4次鐓拔后將錠坯壓扁至高度450mm。在錠坯中心處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ250mm。在軋環(huán)機(jī)上對錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量61%、軋輥溫度200-25(TC。環(huán)軋前加熱坯料至40(TC保溫10h。成形后對厚壁筒形件進(jìn)行1750C X35h時(shí)效處理。最終制備的厚壁筒形件外徑Φ900mm、高度500mm、壁厚100mm。時(shí)效后室溫與150°C時(shí)的拉伸性能分別列于表1、表2。
[0024]實(shí)施例3:首先利用大爐熔融合金原料，再半連續(xù)鑄造澆鑄出直徑Φ600πιπι的Mg-9.0Al- 0.8Ag-0.4Zn_0.1Mn-0.1 RE-0.01Ca (wt.%)鎂合金鑄錠。鑄錠依次進(jìn)行機(jī)械車皮、切割、倒角等處理，最終加工出錠坯尺寸為直徑Φ 550mm，長度650mm。對錠坯進(jìn)行雙極均勻化退火，退火工藝為250-300°C保溫10-12h后，升溫至380_410°C保溫20_30h，空冷至室溫。在油壓機(jī)上對錠坯進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長道次壓下量5-10%、上下砧板溫度150-300°C。鍛造前將錠坯加熱至410°C保溫Sh0鍛造過程中當(dāng)錠坯表面溫度低于350°C時(shí)回爐退火，退火工藝390°C保溫5h。每次回爐退火溫度相對前一次降低20°C。經(jīng)3次以上鐓拔后將錠坯壓扁至高度400mm。在錠坯中心處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ250mm。在軋環(huán)機(jī)上對錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量75%，軋輥溫度200-300°C。環(huán)軋前加熱錠坯至380°C保溫5h。成形后對厚壁筒形件進(jìn)行190°C X30h時(shí)效處理。最終制備的厚壁筒形件外徑Φ 1100mm、高度500mm、壁厚80mm。時(shí)效后室溫與150°C時(shí)的拉伸性能分別列于表1、表2。
[0025]表1實(shí)施例中壁筒形件室溫拉伸力學(xué)性能
【權(quán)利要求】
1.一種大直徑中強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝，合金質(zhì)量百分比成分為: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%、Ca0.001-0.020%,Fe ( 0.02%,Si ( 0.05%,Cu ( 0.02%,Ni ( 0.001%，其余為 Mg，其特征在于具體工藝步驟為: A.大爐熔煉； B.半連續(xù)鑄造，并機(jī)械加工出直徑Φ480-600_的錠坯； C.對錠坯均勻化退火，退火工藝:250-300°C保溫10-12h后，升溫至380_410°C保溫20-30h，空冷至室溫； D.均勻化退火后的錠坯經(jīng)380-410°C保溫8-16h，在油壓機(jī)上進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30_40%、拔長道次壓下量5_10%、上下砧板溫度150-2000C ;當(dāng)錠坯表面溫度低于350°C時(shí)回爐退火，退火溫度370-400°C、保溫時(shí)間4_8h，退火后重復(fù)鐓拔過程，錠坯經(jīng)至少3次鐓拔后壓扁至高度250-480mm ； E.機(jī)械穿孔,孔尺寸Φ200-260ι?πι; F.在環(huán)軋機(jī)上進(jìn)行一次環(huán)軋成形，環(huán)軋前錠坯經(jīng)380-40(TC保溫4-8h、軋制變形量60-80%、軋輥溫度 200-250°C，制備出外徑 Φ700-1100mm、壁厚 50_100_、高度 300_700mm 的厚壁筒形件； G.對厚壁筒形件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效工藝:170-190°C保溫30-40h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑中強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝，其特征在于:D步驟每次退火溫度相對前一次退火溫度降低10-20°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑中強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝，其特征在于:G步驟時(shí)效后厚壁筒形件高向、切向、徑向室溫屈服強(qiáng)度≥190MPa、抗拉強(qiáng)度≥320MPa、伸長率≥6% ;150°C屈服強(qiáng)度≥160MPa、抗拉強(qiáng)度≥200MPa、伸長率≥30%。
【文檔編號】C22C23/02GK103909382SQ201410021994
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】劉楚明, 肖宏超, 張緒虎, 張帆, 顧洪兵, 劉東軍, 沈光明 申請人:中南大學(xué)