[发明专利]一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法；属于镁合金材料加工技术领域。

背景技术

镁合金具有密度低，比强度高的重要优点，并且随着其冶炼和制备技术的提高，镁合金材料在航空航天、汽车工业以及电子3C等领域得到广泛的应用。随着航空航天产业的发展，其对镁合金的需要也越来越大，尤其是大尺寸的镁合金零件。由于镁合金具有密排六方晶格的本质特点，决定了镁合金的塑性变形能力较差，所以，目前应用的大型镁合金以铸造镁合金居多，但是铸造镁合金相对于变形镁合金而言，强度较低，不宜用于受载较大的结构件。因此，制备承受载荷较大的镁合金零部件时，需采用变形镁合金。在塑性变形方式中，因为锻造变形可以制备各向性能均匀的制品，所以具有很好的应用前景。

现有变形镁合金主要有Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Th系、Mg-Re-Zr系等。其中Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系研究比较广泛，已经部分投入使用；现有变形镁合金的锻造通常采用与铝合金基本相同的锻造工艺，因为镁合金塑性变形能力较差，尤其是Mg-Al-Zn合金；因此在锻造之前要进行一定程度的预变形。现有变形镁合金锻饼的主要制备工艺流程为：铸锭→均匀化热处理→预变形（开坯挤压）→墩粗→拔长→修整端面，其中，墩粗时，道次变形量一般为25%～30%。但在实际应用中，现有变形镁合金锻饼的加工工艺还存在以下不足：

（1）开坯挤压虽然能从一定程度上改善镁合金的塑性，对于小尺寸工件很适用，而对于大尺寸工件的开坯挤压，由于不能进行较大挤压比的变形，导致其芯部与边部变形不一致，对后续加工产生不利影响，而且工序繁琐，所耗能源巨大，生产效率低；

（2）随着工件尺寸增大，上下表面的外摩擦影响变大，试样侧面鼓形严重，因此在容易在鼓形区形成周向拉应力，在拉应力作用下易导致残留第二相粒子与基体开裂，进而形成周向表面裂纹；

（3）镁合金的锻造温度范围较窄（约为150℃），并且其导热系数较大，约为钢的2倍，锻造时，锻件接触模具后，外表面温降很严重，导致塑性降低、变形抗力增大；

（4）由于墩粗时，道次变形量一般为25%～30%，因此对于形状复杂或变形量大的镁合金锻件需要多道次热变形，总应变越大，则其变形道次就越多；多次的回炉加热会导致晶粒粗大，锻件性能下降，能源损耗大。

除了上述加工工艺外，人们还尝试着对变形镁合金锻饼的制备工艺做了如下改进：

在均匀化处理后直接进行锻造；但这一改进也目前对于小尺寸的锻饼制备比较适用，而大尺寸的锻造还未进行系统的研究和探索出合适的工艺流程。

总之，现有镁合金锻造技术很难制备出直径大于等于670mm、而且性能优越的大尺寸镁合金锻饼。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种直径大于等于670mm、性能优越的大尺寸镁合金锻饼的制备方法。

本发明一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

将均匀化热处理后的铸造镁合金锭加热到400～430℃，保温后，在400～430℃进行墩粗，拔长，得到镁合金锻饼；墩粗的锻造比为1.5～2；拔长的锻造比为：1.02～1.05，墩粗、拔长时，其变形速度均为12～16mm/s；所述铸造镁合金锭的直径为300mm～350mm，高径比为1.5～1.85；

步骤二

重复步骤一中的加热、保温、墩粗、拔长工艺，直至镁合金锻坯直径大于等于670mm，得到大尺寸镁合金锻饼；重复步骤中，每次保温、墩粗的温度较前一次保温、墩粗的温度低10～20℃。

本发明一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法，所述铸造镁合金以质量百分比计包括下述组分：Al8.2～8.5%、Mn0.2～0.25%、Zn0.4～0.5%、Cu≦0.05%、Ni≦0.005%、Si≦0.15%、Be≦0.02%、Fe≦0.05%、其他杂质≦0.3%、余量为Mg。

本发明一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法，所述拔长为12-16面碾压拔长。

本发明一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法，所述均匀化热处理是将所述铸造镁合金锭以20～25℃/min的升温速率升温至320～350℃后再以12℃/h～27℃/h的升温速率升温至410～430℃，保温20～30h，然后以2～10℃/min的冷却速度冷却至室温。

本发明一种大尺寸镁合金锻饼的制备方法，所述铸造镁合金锭的密度为1.82～1.85g/cm³；并且其内部无明显裂纹、缩孔、夹杂的缺陷。