[发明专利]AQ80M镁合金环形件挤锻轧集成工艺

说明书

技术领域

本发明属于镁合金变形加工领域，特别涉及一种AQ80M镁合金的挤压、锻造和环件轧制变形领域。

背景技术

大尺寸环形件是飞机、火箭及导弹等的重要结构件，目前铝合金、钛合金等传统合金是制备环形件的主要材料。镁合金因其具有密度小、比强度高、阻尼性能好、可回收无污染等优点被誉为“21世纪绿色工程材料”，并成为航空航天及国防军工等领域中最具发展潜力的结构材料之一。因此镁合金成为一种潜在的环形件材料，从而满足减重及提高燃料效率的要求。目前，环件轧制是制备环形件的主要加工工艺。镁合金环形件制备存在一定的难度：镁合金室温塑性差、热变形温度范围窄，环件轧制所需坯料尺寸大，优质坯料加工制备难度大。为了解决这些问题，必须利用合适的制坯工艺，并且严格控制变形工艺参数；而目前缺少镁合金环形件成形工艺的相关研究。

本专利针对航空航天及国防领域对大尺寸镁合金环形件的实际需求，基于AQ80M中强耐热镁合金，采用挤压开坯、锻造制坯与环轧成形的挤锻轧集成工艺，成功制备出表面无裂纹、组织均匀、综合力学性能优良的大尺寸AQ80M镁合金环形件。该集成工艺对改善镁合金环形件加工方式具有重要的指导价值和实际意义。

发明内容

本发明目的是提供一种制备表面无裂纹、组织均匀、综合力学性能优良的大尺寸AQ80M镁合金环形件的挤锻轧集成工艺，以满足航空航天和国防领域对大尺寸镁合金无缝环形件的迫切需求。本发明采取的技术方案是：

1.半连续铸造，得到直径Φ600-650mm的铸锭。

2.均匀化退火：240-260℃保温8-10h后，升温至410-420℃保温42-46h，空冷至室温。

3.下料，均匀化后车皮、探伤、切割下料，得到直径Φ570-600mm，长度1000~1500mm的锭坯。

4.热挤压开坯，挤压温度360-400℃，挤压速度0.3-0.7mm/s，挤压后棒材直径Φ390-410mm。通过挤压消除合金中的铸造缺陷、改善合金组织，同时去除锭坯表层而保留心部优质区域，保证后续变形的塑性、降低开裂风险。

5.多向锻造制坯，挤压后锭坯在390-410℃保温8-12h，在油压机上进行第一火锻造：以圆柱锭坯高向和垂直的两个径向为Z、Y和X方向，首先沿着Z、Y和X方向进行3-6道次镦粗，道次压下量10-40%；再以X或Y为轴，滚动压缩凸棱2-10道次，道次压下量5-20%；最后沿着X或Y镦粗成一圆柱体，道次压下量20-30%；锭坯回炉在380-400℃保温6-8h后，进行第二火锻造：以新的圆柱体的高向和垂直的两个径向为Z、Y和X方向重复上述锻造工艺，最终镦粗得到高度250-550mm的毛坯料。镁合金塑性变形的温度窗口较小，多向锻造是一个降温过程，因此采用两火次即能够保证材料成形性，又可降低锻造时开裂的风险。锻造过程中采用多道次大变形量镦粗和小变形量压棱相结合，保证了锭坯从心部到边部的变形均匀性及组织均匀性；同时整个锻造过程中出现了两次圆柱锭坯高向的变化，能够起到弱化变形织构的效果，有利于得到各向同性的毛坯料。

6.机械穿孔，孔直径Φ200-260mm。

7.环件轧制，毛坯料在380-400℃保温4-8h，并在碾环机上进行一火环轧成形，轧制时主动辊转速为8-30r/min、芯辊直线进给速度0.2-2.0mm/s，环轧结束后立即水冷淬火；最终制备出外径Φ700-1400mm、壁厚45-100mm、高度300-600mm的AQ80M镁合金环形件。环件轧制的主要目的是扩大直径、减小壁厚；同时通过对壁厚施加多道次的轧制塑性变形，达到细化晶粒、增强织构及提高力学性能的作用。

8.时效处理，将环形件在170-190℃保温30-40h，可提高环形件综合力学性能，时效态环形件高向、切向和径向室温屈服强度≥200MPa、抗拉强度≥330MPa、伸长率≥6%，高向和切向屈服强度差值≤20MPa；150℃屈服强度≥160MPa、抗拉强度≥200MPa、伸长率≥30%，高向和切向屈服强度差值≤10MPa。

作为优选，所述4步骤中挤压筒及模具预热至360-390℃。

作为优选，所述5步骤中油压机上下平砧预热至250-350℃。

作为优选，所述5步骤中锻造采用点动式压下，压下速度200-400mm/min。

作为优选，所述7步骤中碾环机主动辊、芯辊、抱辊及锥辊预热至300-360℃。