[发明专利]一种制备各向同性超高强耐热镁合金结构件的锻造工艺

说明书

本发明公开了一种制备各向同性超高强耐热镁合金结构件的锻造工艺，先将半连续电磁铸造制备铸锭均匀化退火、机械加工出锭坯、以圆柱体锭坯高向、任意两个相互垂直的径向为Z、Y、X方向，沿ZYX进行3‑6道次墩粗，道次变形量20‑40%,再以X或Y为轴，滚动压缩棱角2‑6道次，道次变形量10‑20%，中间退火，重复1‑2次，锻造结束后对锻件进行T6处理，获得直径450‑650mm，高度300‑700mm的锻件，T6态室温高向，径向抗拉强度均≥460MPa，屈服强度≥400MPa，延伸率≥4%，高向、径向强度差别≤10MPa,延伸率≤0.5%；200℃时，高向、径向抗拉强度均≥350MPa，延伸率≥6%。

技术领域

本发明涉及高强耐热镁合金的热变形领域，特别涉及Mg-Gd-Y-Zr系镁合金多向锻造变形。

背景技术

镁合金具有储量大，密度低，比强度、比刚度高等优点，被誉为“21世纪绿色材料”。相比压铸件，变形镁合金以其特殊的优势获得越来越多的应用。变形镁合金可以通过变形获得理想的形状和尺寸，也可以利用变形来消除铸造缺陷，细化晶粒，进而提高力学性能。Mg-Gd-Y-Zr合金作为一种典型的变形镁合金，以其优异的力学性能和耐热性广受关注。目前，Mg-Gd-Y-Zr合金的应用仍以挤压型材，轧制板材为主，大规格自由锻件的应用很少。原因有以下几点：第一，Gd、Y等稀土的加入使得镁合金变形抗力增加，加工窗口缩小；第二，由于摩擦力等因素，样件在自由锻造时存在难易变形区，变形不均匀且难以深入，造成组织和力学性能不均匀；第三，镁合金具有特殊的密排六方结构，变形过程极易产生织构，造成明显的力学性能各向异性。这三点原因导致很难制备出组织均匀、性能达标、各向异性小的大规格Mg-Gd-Y-Zr锻件。

但由于航空航天领域存在迫切的减重需求，大规格超高强耐热Mg-Gd-Y-Zr合金锻件无疑会在上述领域有很好的应用前景。通过改进和创新锻造工艺来解决以上三个问题，就成了推广Mg-Gd-Y-Zr合金锻件应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于开发一种制备各向同性超高强耐热镁合金结构件的锻造工艺，改进现有Mg-Gd-Y-Zr合金锻造工艺上的不足。本发明的方法是：

1.采用半连续铸造方法制备镁合金铸锭，浇铸时在结晶器内施加电磁场，制备出规格为φ340-630mm，长度≥2000mm的锭坯，铸锭浇铸结束后立即在150-300℃保温12-16h去应力退火；

2.在480-540℃保温15-25h进行均匀化处理，然后随炉冷却至室温；

3.对铸锭进行车皮，探伤，锯床下料，得到尺寸为φ320-600mm，长度800-1200mm的圆柱形锭坯。

4.在450℃-530℃加热坯料，保温10-16h；锻造前坯料保温温度过高，有过烧的危险，保温温度过低，变形时容易开裂，且不容易发生动态再结晶，晶粒细化效果不好。在450-530℃的温度区间保温坯料，既避免了过烧危险，又保证了合金的变形能力，促进其发生动态再结晶，细化晶粒。

5.对上下平砧进行加热，温度为250-350℃；自由锻造过程中，锻件暴露在空气中，表面温度下降得很快，容易开裂，而加热平砧则有助于在变形过程中保温锻件，减少开裂的风险。平砧在250℃-350℃温度范围内对锻件的保温效果较好，且容易快速实现。当平砧加热温度低于此范围时，保温锻件的效果不好；而平砧的加热温度过高时，则耗时耗能，增加工序，影响生产效率。