高强度高延展性镁合金件的加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高强度高延展性镁合金件的加工工艺，依次包括真空熔炼、连铸、挤压、锻造等步骤，本发明专利技术将铸造过程的熔体成分与变质剂合理搭配，先通过结晶器的激冷作用来细化晶粒；用电磁泵输送镁合金液体，避免了二次氧化，保证了镁合金铸造安全；再利用电磁搅拌力、大比率挤压、热处理二次结晶进一步细化晶粒，有效保证了合金组织中可以获得足够的细小等轴晶。通过上述改进首次获得了汽车转向控制臂、摩托车和自行车支架构件等镁合金件，其充型饱满，表面质量好，晶粒度尺寸细小均匀，流线分布合理，无紊乱流线、涡流和穿流现象。本发明专利技术将原需数个工艺过程完成的工作集成在一个生产周期之中，减少周转的环节，节约能源，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
高强度高延展性镁合金件的加工工艺
本专利技术涉及镁合金件的加工工艺，尤其涉及高强度高延展性镁合金件的加 工工艺。
技术介绍
镁合金为21世纪最环保的材料、目前也是最轻的结构材料，在我国有丰富 的矿产资源。目前，镁合金产品的成型方法主要是铸造，其中尤以压铸件为主 导，其产品性能、可靠性、成品率、材料利用率和设备能力等都受到限制，且 无法满足航空、军工等领域中高性能结构件的要求。如果能够实现锻造镁合金，那么锻造镁合金将具有更高的强度、更好的延 展性和更多样化的力学性能。锻造成形方法能获得满足更多需要的高性能镁锻 件，是铸造镁合金产品所无法取代的。通常，镁合金的可锻性主要依赖3个因素合金的固熔温度、变形速率和 晶粒尺寸。因此，对锻造镁合金的研究也主要集中在如何合理的控制温度范围、 适当的选取变形速率及控制组织、细化晶粒等方面，来提高或改善镁合金的塑 性变形能力。镁合金压铸工艺需要开展研究的课题很多，如防氧化防燃的阻 燃工艺研究、气体保护代替溶剂保护的工艺研究、镁合金的半固态压铸、环保 安全问题、防腐表面处理工艺研究、理化检测等。上述工艺问题的解决必将进 一步促进压铸镁合金提高和发展。半固态压铸和触变注射成形是较新的金属制品生产技术。半固态金属成形 技术首先是由美国麻省理工学院Flemings教授於上世纪70年代开发的新一代 金属加工技术。目前在美国、日本、瑞士、意大利等国家，半固态成形已进入 到工业化的增长期。.这种工艺对铝合金的半固态成形基本成熟。.但由於镁合金的锭料在二次加热时易氧化燃烧，所以一般的半固态成形工艺不适宜镁合金的 半固态成形。直到2002年的TMS镁讨论会上才展示了汽车上使用的部分镁合金锻造产 品，但主要是挤压或轧制板材、管材和棒材，真正的高性能镁合金模锻件仍很 少看到。最近两三年来，德国、日本、以色列等其他国家在镁合金锻造方面都 做了许多工作。2003年K.U.Kainer报道了用三轴锻造工艺制备出多种能承受 极高的静态和动态交变载荷直升机及赛车发动机镁合金锻件，且这些锻件能服 役于航空、汽车等工业领域的高温环境中，但是，国外的这些技术都是保密技 术。虽然中国对各类新型镁合金和镁合金各种可能的成型方式都进行了比较系 统的研究，但目前国内镁合金企业的产品仍然以商业镁合金常规压铸、重力铸 造为主，镁合金的挤压、轧制成型工艺刚刚开始应用于实际生产，而半固态成 型等其它成型工艺则使用较少。中国镁资源极为丰富，2006年原镁产量达到52. 6万吨(全世界为72.6万 吨)，如何更好的利用这一得天独厚的资源，更好的发展中国的镁产业，尚需要 深入的探讨与不断的创新。虽然目前中国的镁产业大发展的局面已经形成，但 镁的资源优势尚不能转化为高附加值的产品。中国镁加工企业众多，但工艺技 术、产品质量等方面与国外先进企业相比还有很大的差距，弥补这一差距尚需 科研院所与镁合金企业的共同努力。只有不断的培育镁合金巿场、提高中国镁 加工企业的技术水平和产品质量，才能提升中国镁产品的国际竞争力，使中国 真正成为镁合金强国。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种高强度高延展性镁合 金件的加工工艺，加工出的镁合金件具有高强度，高延展性，且工艺简化，生 产效率提高，生产成本低。为实现上述目的，本专利技术提出了一种高强度高延展性镁合金件的加工工艺，依次包括如下步骤真空熔炼将镁合金材料在函数型真空炉中加热到70crc-80(rc，加入中间合金调整熔体成分，加入变质剂对晶粒进行细化；连铸经电磁泵或潜流方式将金属液引入真空连铸设备，金属熔体在机械或电磁振荡器的搅拌下结晶为直径为200mm-250mm的锭坯，铸锭在传送过程中进行冷却然后保温；挤压当余温到达20(TC-46(TC时，在800-2400吨的挤压力作用下挤压成棒材，挤压充填速度为2. 0 2. 5m/s，挤压过程中用仏或Ar气排除挤压模具型腔中的空气；然后进行热处理二次结晶；锻造在35(TC-36(TC下多次精密锻打，锻打温度逐步降低。作为优选，所述真空熔炼中变质剂可以是Zr、 RE、 CaCN2、 C2C16、 Ti中的一种或多种。作为优选，所述真空熔炼中真空炉内先用3300帕的水环泵，使坩埚预真空; 然后用450帕的滑阀泵，使坩埚中真空；再用4~5帕的罗茨泵，使坩埚高真空。作为优选，所述真空熔炼中真空炉采用中频感应炉或者工频无芯感应炉。作为优选，所述真空熔炼中晶粒细化到小于220 wm。 作为优选，所述真挤压中挤压温度为45CTC。作为优选，所述真挤压中挤压比为100-250。本专利技术的有益效果本专利技术将铸造过程的熔体成分与变质剂合理搭配，先 通过结晶器的激冷作用，来细化晶粒；用电磁泵输送镁合金液体，避免了镁合 金二次氧化，从而保证了镁合金铸造安全；再利用电磁搅拌力、大比率挤压、 热处理二次结晶进一步细化晶粒，有效保证了合金组织中可以获得足够的细小 等轴晶。通过上述改进首次获得了汽车转向控制臂、摩托车和自行车支架构件 等镁合金件，其充型饱满，表面质量好，晶粒度尺寸细小均匀，流线分布合理， 无紊乱流线、涡流和穿流现象。本专利技术将真空熔炼、连铸、挤压及锻造技术结 合，原需数个工艺过程完成的工作集成在一个生产周期之中，解决了铸造污染 和安全性问题、锻造边角料自循环问题，零件质量稳定，减少周转的环节，节 约能源，降低成本。本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式如图1所示，高强度高延展性镁合金件的加工工艺，依次包括真空熔炼l、连铸2、挤压3、锻造4等四个步骤。真空熔炼i:将镁合金材料在函数型真空炉中加热到70crc-80(rc，加入中间合金调整熔体成分，加入变质剂对晶粒进行细化。细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力，同时晶粒的实际尺寸也是决定镁合金铸锭是否可以进行直接锻造的主要因素；当温度350 °C、加工速率为 0.01S—、 AZ80的墩粗率随晶粒度减小几乎成直线增大。对镁合金组织控制的研 究，主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶粒生长的作用和溶质对形 核率的影响。在镁合金熔体中加入少量的孕育剂或溶质原子能细化镁合金的铸 造组织并改变沉淀物的形貌。(l)材料成分参考与变质剂 Mg2Al2Zn系是最常用的变形镁合金， 一般属于中等强度塑性较高的变形材 料，能够进行热处理强化，并有良好的铸造加工性能，但耐蚀性和耐热性较差， 且^与0。.2相差很大，约100MPa ，典型合金为AZ31、 AZ61和AZ81合金。 Mg2Zn2Zr系一般属于高强度材料，并具有良好的塑性和耐蚀性，且^与 .2相 差不大，但其变形能力不如Mg2Al系合金， 一般采用挤压工艺生产，典型合金 为ZK60合金。Zr对镁合金有明显的细化效果。ZK系是比较常用的含Zr锻造镁合金，由 于Zr的细化作用突出，其合金坯常可直接锻造成形。Zr能与Al、 Fe、 Si等元素形成稳定的化合物，因此Zr不能细化含有这些元素的镁体系。RE是另一种应用较广泛的细化剂，MB26就是由MB15添加稀土元素钇而成的高强度稀土镁合金，在锻制飞机零件中得到应用。CaCN2对AZ80进行细化的合金，锻造直径为200mm，在整个断面上获得尺寸在220;im以本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度高延展性镁合金件的加工工艺，其特征在于：依次包括如下步骤：　　　　真空熔炼（１）：将镁合金材料在函数型真空炉中加热到７００℃－８００℃，加入中间合金调整熔体成分，加入变质剂对晶粒进行细化；　　　　连铸（２）：经电磁泵或潜流方式将金属液引入真空连铸设备，金属熔体在机械或电磁振荡器的搅拌下结晶为直径为２００ｍｍ－２５０ｍｍ的锭坯，铸锭在传送过程中进行冷却然后保温；　　　　挤压（３）：当余温到达２００℃－４６０℃时，在８００－２４００吨的挤压力作用下挤压成棒材，挤压充填速度为２．０～２．５ｍ／ｓ，挤压过程中用Ｎ↓［２］或Ａｒ气排除挤压模具型腔中的空气；然后进行热处理二次结晶；　　　　锻造（４）：在３５０℃－３６０℃下多次精密锻打，锻打温度逐步降低。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁辉，
申请(专利权)人：王仁辉，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]