[发明专利]一种大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸镁合金薄壁筒形件的精密旋压成形工艺，特别是涉及大尺寸镁合金薄壁筒形件的精密旋压成形工艺、细晶粒协调变形技术、组织热行为强化技术，属于大尺寸镁合金筒形件工程化应用的通用制造技术领域。

背景技术

为提高我国某型号导弹的射程和机动性能，舱体结构的轻质化是其发展的必然趋势，也是我国武器装备研制的重要方向。结构优化设计以及轻质材料的应用均是实现结构减重的主要手段。目前，我国舱体常用结构材料为镁合金，采用现有材料体系，仅仅通过结构优化设计，舱体结构件减重的空间已经很小，不能满足型号导弹的需求，而在不改变舱体结构设计的情况下，采用强度与镁合金相当的镁合金材料制造，可实现舱体减20-30％的目的，才能够满足该导弹的应用技术指标。

目前，大型镁合金结构件产品的制备主要采用锻件机加工方法进行生产，镁合金具有密排六方晶体结构，与面心立方和体心立方晶体相比，其滑移系数目较少，这就造成了镁合金材料塑性较差，发生形变较为困难；虽然镁合金还存在一些特殊的锥面、棱柱面和锥面等非基面滑移系，但这些滑移系临界切应力远大于基面滑移，一般情况下不易启动；当温度升高或晶粒尺寸细化至10μm以下时，才能够在塑性变形过程中发挥重要作用，但能够使镁合金晶粒组织达到10μm以下的成形工艺技术罕有文献可查，尤其是针对直径超过700mm以上的大型镁合金结构件，还未见此类细晶产品的相关报道，因此，现有技术在大型镁合金构件生产过程中，锻造成形过程困难，形变过程中易发生开裂，生产效率低，且变形后的锻件在各方向上存在较大的力学性能差异，导致实际的安全系数低于设计指标，不满足设计要求，

另外，采用常规工艺如铁模或砂型铸造制备的镁合金锭坯，其晶粒通常无明显的择优取向(织构)，但在随后的锻造、挤压、拉拔、轧制等塑性变形过程中，会由于滑移和孪生使晶粒发生转动而形成织构，由于变形方式的不同，形成的织构也存在差异；针对带加强筋的镁合金舱体结构而言，采用锻造工艺而制备的坯料，由于织构的产生，其力学性能在轴向和高向存在较大的各向异性，导致镁合金舱体产品在使用过程中存在安全隐患，因此，需减少轴向和高向力学性能差异，提高其使用稳定性。

此外，镁合金是通过热处理来改善或调整材料力学性能和加工性能，但由于其合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢，固溶处理和时效处理时间较长，且在长时间加热过程中，由于材料本身内应力释放，导致产品发生变形，尤其是针对尺寸精度要求较高的构件，会造成局部尺寸超差使产品报废；同时，产品在大批量生产时，该工艺方法的生产周期较长，往往不能满足任务进度需求，因此，在满足性能需求的基础上，应减少热处理时间，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大尺寸镁合金筒形件精密旋压成形工艺方法，该方法解决了镁合金筒形件产品力学各向异性、生产效率低、成品率低、成本高等问题，有效提高了产品轴向、周向力学性能，减少了各向异性，增加了产品使用过程中的安全性，同时，旋压后产品尺寸精度高，接近产品最终尺寸要求，大幅度缩短了后续机加工周期，提高了材料的利用率，降低了产品生产成本。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法，包括如下步骤：

(一)、将旋压模具和旋轮安装在旋压机上，将镁合金坯料装卡至旋压模具中，使镁合金坯料与旋压模具内表面接触，旋轮设置在旋压模具内部，所述旋压模具为与待制备镁合金筒形件结构匹配的筒形结构；

(二)、对镁合金坯料进行三道次旋压，其中第一道次旋压中镁合金坯料的变形量为30％～40％，第二道次旋压中镁合金坯料的变形量为20％～30％，第三道次旋压中镁合金坯料的变形量为15％～20％；三道次旋压过程中设置旋压机的主轴转速为55r/min～85r/min，旋轮纵向进给速度为55r/min～95r/min，对镁合金坯料的加热温度为85℃～210℃；对镁合金坯料进行旋压过程中，加强筋位置留出，不进行旋压；

(三)、对镁合金坯料进行多道次精密旋压，每道次旋压的变形量为5％～10％；

(四)、对旋压后的产品进行时效热处理。

在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，步骤(二)中三道次旋压的具体工艺条件如下：

第一道次旋压：将镁合金坯料加热至85℃～115℃，设置旋压机的主轴转速为75～85r/min，旋轮纵向进给速度为85～95r/min；