[发明专利]一种大直径中强耐热镁合金厚壁筒形件成形工艺

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金变形加工领域，特别涉及一种Mg-Al-Ag系镁合金的锻造及环轧变形领域。 

背景技术

目前大直径厚壁筒形件作为航空航天领域中重要的结构件，是用铝合金制备的。随着航空航天领域的快速发展，材料减重已成为该领域的迫切要求。如果用镁合金制备这些大直径厚壁筒形件，可起到显著的减重效果（镁合金密度比铝合金轻三分之一）。利用镁合金制备厚壁筒形件难度较大。镁合金为密排六方晶体结构，滑移系少，常温变形能力差；热变形温度区间窄且散热快；大直径厚壁筒形件所需坯料尺寸大，坯料制备难度大；目前缺少可参考的镁合金厚壁筒形件成形工艺的报道。 

本专利针对航空航天领域对大直径镁合金厚壁筒形件实际需求，基于一种Mg-Al-Ag系合金，采用变温多向锻造与环轧成形相结合的工艺路线，首次设计出大直径厚壁筒形件成形工艺，并制备出外径Ф700-1100mm、壁厚50-100mm、高度300-700mm的厚壁筒形件。该厚壁筒形件对推进镁合金在航空航天领域的广泛应用具有重大意义。 

发明内容

本发明目的是为制备大直径、中强度耐热镁合金厚壁筒形件提供一种切实可行的工艺路线，以满足航空航天领域对大直径镁合金厚壁筒形件的迫切需求。本发明提出的成形工艺如下。 

1. 厚壁筒形件所需坯料尺寸较大，采用大容量的熔炼炉熔化原料。 

2. 半连续铸造并机械加工出直径Ф480-600mm的镁合金锭坯。合金质量百分比成分：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%、Ca 0.001-0.020%、Fe≤0.02%、Si≤0.05%、Cu≤0.02%、Ni≤0.001%，其余为Mg。铸锭无裂纹、缺陷少、成分偏析小。高质量的铸锭是后续变形加工顺利进行的有力保障。 

3. 为减少或消除非平衡凝固过程中产生的枝晶偏析，对铸锭进行双级均匀化退火处理。均匀化退火工艺为250-300℃保温10-12h后，升温至380-410℃保温20-30h，空冷至室温。 

4. 在油压机上对锭坯进行镦拔式多向锻造，压下速度200-400mm/min、镦粗道次压下量30-40%、拔长道次压下量5-10%、上下砧板温度150-200℃。锻造前将锭坯加热至380-410℃保温8-16h。锻造过程中当锭坯表面温度低于350℃时回炉退火，退火工艺370℃-400℃保温4-8h。退火后重复镦拔过程，经3次以上镦拔后将锭坯压扁至高度250-480mm。多向锻造可改善镁合金铸态组织，细化晶粒。但镁合金锻造温度范围较窄，且对变形速度敏感，因此合理制定锻造温度与变形速度等工艺参数是锻造变形能够顺利进行的关键。同时这些参数对变形后镁合金的显微组织影响很大，影响合金的力学性能。 

5. 在锭坯中心处机械穿孔，孔尺寸Ф200-260mm。 

6. 在环轧机上对锭坯进行一次环轧成形，轧制变形量60-80%、轧辊温度200-250℃、环轧前加热锭坯至380℃-400℃保温4-8h，环轧出外径Ф700-1100mm、壁厚50-100mm、高度300-700mm的厚壁筒形件。 

7. Mg-Al-Ag系多元镁合金是一种可时效强化镁合金，因此对成形后的厚壁筒形件进行时效处理，其工艺为170-190℃保温30-40h。 

8. 该厚壁筒形件的力学性能为：高向、切向、径向室温屈服强度≥190MPa、抗拉强度≥320MPa，伸长率≥6%；150℃屈服强度≥160MPa、抗拉强度≥200MPa、伸长率≥30%。 

本发明的优点如下。 

1）  首次提出完整的镁合金厚壁筒形件成形工艺。从熔铸、锻造、环轧到成形后时效处理，各工艺步骤有机结合。在该工艺的指导下成功制备出大直径镁合金厚壁筒形件。 

2）  该工艺生产效率高。变形过程中只需加热2-3次，提高了生产效率，降低了生产成本。同时减少重复加热次数有利于提高镁合金的力学性能。 

3）  镁合金热变形温度范围窄、对变形速度敏感，其变形参数的设计及控制难度大。本发明通过大量的实验，成功优化了所用合金的热变形参数，使其成形性与良好的力学性能相结合。