本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)耐蝕鎂合金管材的成型工藝。

背景技術(shù)：

1、鎂合金作為一種重要的輕質(zhì)金屬材料，在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位，尤其是在對(duì)重量敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、新能源汽車以及消費(fèi)電子產(chǎn)品中。這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诓牧系囊髽O高，不僅需要具備優(yōu)異的機(jī)械性能，還要求材料能夠滿足特定環(huán)境下的使用需求。鎂合金以其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)成為理想的選擇之一，它具有重量輕、高比強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，這使得它在設(shè)計(jì)和制造高性能結(jié)構(gòu)件時(shí)顯得尤為關(guān)鍵。

2、然而，盡管鎂合金擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。特別是在無(wú)縫鎂合金管材的制備過(guò)程中，傳統(tǒng)的制造方法如擠壓與拉拔技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)管材的基本成型，但這些工藝也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。首先，由于鎂合金本身的特點(diǎn)以及現(xiàn)有加工技術(shù)的限制，通過(guò)擠壓或拉拔方式生產(chǎn)的無(wú)縫管材往往表現(xiàn)出較低的力學(xué)性能，無(wú)法達(dá)到某些高強(qiáng)度應(yīng)用場(chǎng)合的要求。其次，這類產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性也相對(duì)較差，不同批次之間可能會(huì)出現(xiàn)顯著差異，這對(duì)于追求一致性和可靠性的工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)明顯的短板。

3、此外，鎂合金還存在著耐腐蝕性不足的問(wèn)題，特別是像az31和az61這樣常用的商用鎂合金牌號(hào)，在面對(duì)腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境中表現(xiàn)不佳。這種不足限制了它們?cè)趷毫庸r條件下的應(yīng)用范圍，并且可能導(dǎo)致成品的使用壽命縮短，增加了維護(hù)成本和更換頻率。為了解決這些問(wèn)題，研究人員一直在探索新的合金配方和改進(jìn)的加工技術(shù)，以期提高鎂合金材料的整體性能，增強(qiáng)其抗腐蝕能力，從而擴(kuò)大其在各種苛刻環(huán)境中的適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)耐蝕鎂合金管材的成型工藝，以解決上述鎂合金管材質(zhì)量穩(wěn)定性較差、力學(xué)性能較差和耐腐蝕性能較差的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種高強(qiáng)耐蝕鎂合金管材的成型工藝，包括以下步驟：

4、（1）合金成分設(shè)計(jì)

5、鎂合金管材按照質(zhì)量百分比包括以下原料：gd?3.0%~5.0%、y?1.5~3.0%、al?1.0~3.0%、zr?0.3~0.8%、mn?0.05~0.1%、cu≤0.2%、fe≤0.15%、zn0.5~0.8%和余量的mg，其中g(shù)d、y和al的總量>9%，gd、y和zr的質(zhì)量比為（6.5~10）：（3.5~6.8）：1，（fe+zn）/cu為4.5~5.3；

6、（2）熔煉

7、將步驟（1）中的原料按照比例加入到感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉過(guò)程采用保護(hù)氣氛進(jìn)行保護(hù)；

8、（3）精煉

9、在熔煉過(guò)程中加入精煉劑以去除雜質(zhì)，得到熔融合金；

10、（4）澆鑄

11、將熔融合金進(jìn)行兩段擠壓鑄造方式成型，得到直徑為85~95mm的鑄錠；

12、（5）固溶熱處理

13、將鑄錠進(jìn)行固溶熱處理；

14、（6）擠壓管材

15、對(duì)固溶熱處理后的鑄錠和擠壓使用的模具涂膜潤(rùn)滑劑，然后進(jìn)行兩段擠壓處理，得到管材；

16、（7）室溫旋鍛

17、將擠壓完成的管材脫模后，其內(nèi)外表面重新均勻涂抹潤(rùn)滑劑，管材內(nèi)部安裝模具鋼，同時(shí)擠壓管材外部加裝包套材料；

18、旋鍛時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為600~1200rpm，棒料進(jìn)給速度為200~500mm/min，棒料進(jìn)到底后加持機(jī)構(gòu)攜帶棒料原路退回以進(jìn)行二次旋鍛；管材需旋鍛至外徑為14.3~14.6mm以獲得超過(guò)30%的旋鍛變形量；

19、（8）時(shí)效熱處理

20、旋鍛后去除外部包套和內(nèi)部模具鋼支撐件，將管材進(jìn)行時(shí)效處理；

21、（9）外表面加工

22、時(shí)效熱處理后的管材進(jìn)行表面精加工，得到鎂合金管材。

23、本發(fā)明在鎂合金中添加gd、y、al、zr、mn、cu、fe和zn，各種金屬原料協(xié)同作用，在特定添加量下，構(gòu)成一種平衡狀態(tài)，提高鎂合金管材的力學(xué)性能。分析是gd和y這兩種稀土元素的添加主要起到細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用。釓和釔在鎂合金中能夠形成穩(wěn)定的中間相（如mg12gd、mg24y5等），這些中間相能夠有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度。此外，稀土元素還能促進(jìn)晶粒細(xì)化，細(xì)小的晶粒有助于提高材料的韌性。鋁能夠與鎂形成mg2al等強(qiáng)化相，這些相的存在可以顯著提高鎂合金的強(qiáng)度。鋯可以與鎂形成mgzr中間相，這些中間相能夠在凝固過(guò)程中作為異質(zhì)形核的核心，促進(jìn)晶粒細(xì)化。細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。錳等微量添加元素可以凈化合金，減少雜質(zhì)，提高材料的純凈度，從而改善整體性能。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)gd、y、al、zr、cu、fe和zn在特定比例下，還能夠進(jìn)一步提高鎂合金管材的耐蝕性能。分析是gd、y和al可以形成多種強(qiáng)化相，如mg12gd、mg24y5和mg2al等。這些強(qiáng)化相的存在可以阻礙腐蝕介質(zhì)的滲透，提高材料的耐蝕性。本發(fā)明通過(guò)控制gd、y和al的總量大于9%，可以確保這些元素在合金中的協(xié)同效應(yīng)最大化，稀土元素和鋁的相互作用可以形成更為致密的保護(hù)膜，提高鎂合金的耐蝕性。本發(fā)明通過(guò)控制gd、y和zr的比例，可以使這些強(qiáng)化相均勻分布在基體中，形成一種平衡狀態(tài)，使得稀土元素和鋯在合金中的作用達(dá)到最佳效果，從而提高整個(gè)材料的耐蝕性。本發(fā)明當(dāng)fe和zn與cu的比例控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，它們可以在鎂基體中形成相對(duì)穩(wěn)定的相分布，減少局部腐蝕的可能性，這是因?yàn)閒e和zn的存在可以抑制cu的析出，從而減少由于cu富集而形成的腐蝕活性區(qū)。本發(fā)明(fe+zn)/cu的比率有助于形成一種更均勻的合金相分布，這樣可以減少由于元素偏析導(dǎo)致的腐蝕敏感性增加。尤其當(dāng)(fe+zn)/cu的比例處于4.5到5.3之間時(shí)，這種組合有助于形成更致密的腐蝕產(chǎn)物層，這層保護(hù)膜可以有效阻擋腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步侵蝕鎂基體。

24、優(yōu)選的，步驟（4）中，兩段擠壓鑄造的具體過(guò)程為：

25、第一段擠壓鑄造為在710~720℃、60~80mpa下保溫保壓20~30s；

26、第二段擠壓鑄造為在660~680℃、90~100mpa下保溫保壓40~60s。

27、優(yōu)選的，步驟（6）中，兩段擠壓處理的具體過(guò)程為：

28、第一段擠壓工藝為在320~350℃下，擠壓速度為400~500mm/min，將90mm錠子擠壓成20mm的實(shí)心棒材，隨后在280~300℃下保溫1~2h；

29、第二段擠壓工藝為在280~300℃下，擠壓速度為300~400mm/min，將20mm實(shí)心棒材擠壓成外徑17mm，內(nèi)徑12mm的管材；

30、擠壓完后在260~280℃下保溫2~4h，為室溫旋鍛做組織調(diào)控準(zhǔn)備。

31、為了進(jìn)一步優(yōu)化鎂合金管材的性能，本發(fā)明還具體設(shè)置了兩擠壓鑄造處理和兩段擠壓-保溫處理，提高了鎂合金管材的力學(xué)性能和耐蝕性能。本發(fā)明在兩段擠壓鑄造處理過(guò)程中，溫度逐漸降低，壓力逐漸增大這種溫度和壓力的設(shè)置有利于致密化，細(xì)小的晶粒可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。通過(guò)多段處理，可以逐步釋放材料內(nèi)部的應(yīng)力，減少熱裂和孔隙等缺陷，提高材料的致密度，提高鎂合金管材的耐蝕性能。

32、本發(fā)明在兩段擠壓-保溫處理過(guò)程中，溫度逐漸降低，擠壓速度也相應(yīng)降低，這種溫度和速度的逐步降低有助于控制晶粒的細(xì)化過(guò)程，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻，而細(xì)小的晶粒和均勻的組織有助于形成更為致密的保護(hù)膜，減少腐蝕介質(zhì)的侵蝕，從而提高材料的耐蝕性。每段擠壓后的保溫處理有助于材料內(nèi)部應(yīng)力的釋放，減少因快速變形引起的裂紋和孔隙，提高材料的致密度。通過(guò)多段處理，可以減少材料內(nèi)部的孔隙和裂紋，形成更為致密的組織，有助于提高材料的耐蝕性能。

33、優(yōu)選的，步驟（2）中，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤庵械囊环N，熔煉溫度為700~750℃。

34、優(yōu)選的，步驟（5）中，固溶溫度為350~375℃，固溶時(shí)間為10~12h。

35、優(yōu)選的，步驟（6）中，潤(rùn)滑劑為石墨粉與潤(rùn)滑油的混合物，潤(rùn)滑油和石墨粉的質(zhì)量比為8~12：88~92。

36、步驟（7）中，管材內(nèi)部安裝直徑為12.0mm的模具鋼，同時(shí)擠壓管材外部加裝內(nèi)徑為17mm，外徑為18mm的鋁合金管材作為包套材料。

37、本發(fā)明中的模具鋼主要作為結(jié)構(gòu)支撐并限制內(nèi)徑的變形，包套材料主要用于為管材旋鍛過(guò)程提供三向應(yīng)力狀態(tài)，并減輕大型旋鍛設(shè)備對(duì)管材的過(guò)大沖擊載荷。

38、優(yōu)選的，步驟（8）中，時(shí)效熱處理的溫度為125~175℃，時(shí)間為18~24h。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

40、1、本發(fā)明通過(guò)合金成分設(shè)計(jì)，在鎂合金中加入gd、y、al、zr、mn、cu、fe和zn，有助于形成強(qiáng)化相，能夠顯著提高鎂合金的強(qiáng)度和韌性以及耐蝕性能，提升材料的綜合力學(xué)性能。

41、2、本發(fā)明在特定的溫度和時(shí)間下進(jìn)行固溶熱處理，可以使合金元素在基體中均勻分布，進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度。

42、3、本發(fā)明中g(shù)d和y等稀土元素的添加，能夠顯著提高鎂合金的耐蝕性。這些元素形成的化合物可以在鎂合金表面形成一層致密的保護(hù)膜，阻止腐蝕介質(zhì)的侵入，從而提高材料的抗腐蝕能力。

43、4、本發(fā)明中通過(guò)多段擠壓鑄造的方式，可以逐步細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)，提高材料的均勻性和致密度，這種細(xì)化的晶粒結(jié)構(gòu)有利于提高材料的抗拉強(qiáng)度和疲勞性能。

44、5、本發(fā)明通過(guò)旋鍛處理，可以進(jìn)一步改善材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高其塑性和韌性，同時(shí)也可以修正擠壓過(guò)程中可能產(chǎn)生的尺寸偏差。

45、6、本發(fā)明在不同的溫度和速度下進(jìn)行多段擠壓-保溫處理，可以有效控制材料的微觀結(jié)構(gòu)演化，使材料在成型過(guò)程中獲得更加均勻的組織，從而提高其力學(xué)性能和耐蝕性能。