一种镁合金回转体结构件及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种镁合金回转体结构件及其制备工艺，包括如下步骤：S1、将镁锂合金铸锭经车皮、下料，得到锻坯；S2、将锻坯加热并保温后，进行多向锻造开坯，锻后空冷至室温，得到长径比为3.5

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金回转体结构件及其制备工艺


[0001]本专利技术属于镁合金领域，特别涉及一种镁合金回转体结构件及其制备工艺。

技术介绍

[0002]镁锂合金是实际应用中最轻的金属结构材料，其密度仅为1.35
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1.65g/cm3，比常见的Mg
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Al
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Zn、Mg
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Zn
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Zr和Mg
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RE系合金轻1/4
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1/3，比铝合金轻1/3
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1/2，被称为超轻合金。同时，镁锂合金具有比强度比刚度高、加工塑性好、电磁屏蔽效果优异等优势，已成为航空航天、国防军工及3C等领域理想的轻量化结构材料。随着我国航天技术的飞速发展，装备超轻量化成为重要趋势，减轻装备结构质量，从而增加燃料量和有效载荷，将带来巨大的性能提升和经济效益。
[0003]镁锂合金回转体结构件常用于导弹、火箭、卫星等航空航天飞行器的舱壳体类零部件，如仪器舱、制导控制舱等。基于批量化生产要求，镁锂合金回转体结构近净成形则显得尤为重要。铸造成形是镁合金近净成形的一种方法，常用于传统ZM5、ZM6等镁合金成形；然而，镁锂合金铸造易形成晶粒粗大、偏析、孔洞、夹杂等缺陷，铸件力学性能差，难以满足飞行器舱体性能指标要求。因此，镁锂合金需通过合理的塑性变形和热处理工艺减少铸造缺陷、改善组织，进而提高综合力学性能。针对回转体结构，若采用常规自由锻造、锤锻、挤压等工艺仅能制备实心坯料，机械加工成最终零部件余量大、耗时长，材料利用率低，导致生产成本极高。模锻工艺是利用模具使坯料近净成形，模锻件尺寸精度高、加工余量小，且模锻时坯料处于三向压应力状态，有利于塑性发挥、不易开裂；同时模锻生产效率高，符合工业化生产要求。然而镁合金采用单一模锻成形，金属流动不均匀，锻件组织均匀性较差，局部力学性能较低。此外，镁锂合金对热处理工艺参数十分敏感，组织中强化相不稳定，锻件易出现过时效现象，导致强度衰减。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种镁锂合金近净成形及性能强化的新制备工艺，有效提高材料利用率及成品率，降低生产成本，制备得到强度高、组织均匀的超轻镁合金回转体结构件。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：一种镁合金回转体结构件的制备工艺，包括如下步骤：
[0006]S1、将镁锂合金铸锭经车皮、下料，得到锻坯；
[0007]S2、将锻坯加热并保温后，进行多向锻造开坯，锻后空冷至室温，得到长径比为3.5
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7.0的锻件；
[0008]S3、将锻件锯切得到多件锭坯，锭坯加热并保温后，进行模锻成形，模锻压下速度为2
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10mm/s，模锻成形得到呈回转体结构的模锻件，将所述模锻件脱模，脱模后空冷至室温；
[0009]S4、将所述脱模后的模锻件进行时效热处理，并冷却至室温。
[0010]进一步地，所述镁锂合金中包含元素的质量百分比为Li：9.0
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11.5％、Al：2.0
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5.0％、Zn：0.5
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4.0％、Mg：76.0
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88.5％，除此之外还可能含有较少的Ca、Gd、Y等元素。
[0011]进一步地，所述步骤S1中，锻坯长径比为1.25
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2.4，优选锻坯直径为250
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320mm，长度为400
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600mm,更优选锻坯直径为280
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320mm，长度为450
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550mm。
[0012]进一步地，所述步骤S2中，所述锻坯加热至260
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320℃，保温4
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10h后进行多向锻造开坯，优选加热温度为260
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300℃，且当锻造过程中锻件温度低于140℃，立即回炉退火1
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3h，再锻造至最终尺寸，中间退火不超过1次。
[0013]进一步地，所述步骤S2中，得到的锻件直径为180
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220mm，长度为800
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1300mm；优选锻件直径为180
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210mm、长度1000
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1300mm，优选长径比大于4，长径比过低的话，锻造变形量较小，锻件强度、韧性较低，模锻后难以得到高力学性能。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，所述多向锻造过程中换向1次，使锻前锻坯的轴向和径向分别成为锻后锻坯的径向和轴向。若锻坯经多次换向，生产效率低，操作难度大，且易导致材料开裂，因此本专利技术选择1次换向，能更好提高生产效率以及更好保证锻件有3.5以上的长径比。
[0015]进一步地，多向锻造过程中采用分步式拔长，拔长总道次30
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40次，拔长道次压下量8
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25％，压下速度6
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20mm/s，首先将锻坯拔长至长径比2
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3，沿长度方向镦粗10
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16％，压平两端面后，再拔长至长径比3.5
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7.0，可有效避免锻件两端面的凹陷缺陷，降低开裂风险。若直接拔长至3.5及以上的大长径比，由于拔长量大，锭坯靠外圆区域的长度增加量明显大于靠心部区域，两端面中心向内凹陷，这种不均匀变形易导致端面开裂。
[0016]进一步地，所述步骤S3中，将所述锭坯加热至220
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300℃，并保温4
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8h，优选加热至240
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280℃，保温4
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6h；模锻成形所用的模具预热至160
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300℃，模锻压下量94％
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98％；
[0017]优选的，所述步骤S3中，模锻压下速度为4
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10mm/s，压下速度过慢，晶粒易长大，且温度降低甚至需要回炉保温进行多火次模锻，会大幅削弱形变强化及细晶强化效果，导致模锻件力学性能降低；压下速度过快，金属流动不均匀，模锻件表面易开裂。
[0018]进一步地，所述步骤S4中，所述时效热处理为在200
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280℃保温0.5
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5h，随后快速冷却至室温，优选空冷。
[0019]本专利技术还提供一种镁合金回转体结构件，其特征在于，是由权利要求1
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9任一项所述的制备工艺所制得。
[0020]进一步地，所述镁合金回转体结构件可应用于导弹、火箭、卫星及深空探测器等航空航天及武器装备。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022]本专利技术提出的镁锂合金多向锻造、模锻及热处理复合制备工艺，解决了镁锂合金回转体结构件强度低、近净成形难、生产成本高等难题，显著提高成品率，适用于批量生产。本专利技术的制备工艺中多向锻造和模锻复合工艺使合金剧烈塑性变形，组织中位错密度高，形变强化效果显著；同时，采用短时间时效处理和快速冷却，强化相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金回转体结构件的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1、将镁锂合金铸锭经车皮、下料，得到锻坯；S2、将锻坯加热并保温后，进行多向锻造开坯，锻后空冷至室温，得到长径比为3.5
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7.0的锻件；S3、将锻件锯切得到多件锭坯，锭坯加热并保温后，进行模锻成形，模锻压下速度为2
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10mm/s，模锻成形得到呈回转体结构的模锻件，将所述模锻件脱模，脱模后空冷至室温；S4、将所述脱模后的模锻件进行时效热处理，并冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种镁合金回转体结构件的制备工艺，其特征在于，所述镁锂合金中包含的元素的质量百分比为Li：9.0
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11.5％、Al：2.0
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5.0％、Zn：0.5
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4.0％、Mg：76.0
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88.5％。3.根据权利要求1所述的一种镁合金回转体结构件的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中，锻坯长径比为1.25
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2.4。4.根据权利要求1所述的一种镁合金回转体结构件的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述锻坯加热至260
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320℃，保温4
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10h后进行多向锻造开坯。5.根据权利要求1所述的一种镁合金回转体结构件的制备工艺，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾钢，肖宏超，康心锴，王明旭，王杜宇，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：