一種大直徑高強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件的成形工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大直徑高強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件的成形工藝。工藝路線為：大爐熔煉、半連續(xù)鑄造、均勻化退火、變溫多向鍛造、機(jī)械穿孔、環(huán)軋成形和時(shí)效處理，其中變溫多向鍛造在油壓機(jī)上進(jìn)行，鍛造前500-530℃保溫錠坯6-10h、壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長(zhǎng)道次壓下量5-10%，環(huán)軋成形前480-500℃保溫錠坯3-5h，軋制變形量60-80%，軋制出外徑Ф700-1100mm、壁厚50-100mm、高度300-700mm的厚壁筒形件。本發(fā)明制備出具有高強(qiáng)度、高耐熱性能的厚壁筒形件，其200℃時(shí)高向、切向抗拉強(qiáng)度≥330MPa、伸長(zhǎng)率≥8%。
【專利說(shuō)明】一種大直徑高強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件的成形工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金的變形領(lǐng)域，特別涉及一種稀土鎂合金的鍛造變形與環(huán)軋變形領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]厚壁筒形件作為航空航天領(lǐng)域重要的結(jié)構(gòu)件，一直以來(lái)都是用鋁合金制備的。目前材料減重已成為航空航天領(lǐng)域的迫切需求，如果將這些結(jié)構(gòu)件用鎂合金制備，相對(duì)于鋁合金可減重1/3。這對(duì)提高飛行器的飛行距離與飛行速度，減少燃料消耗具有實(shí)際意義。同時(shí)鎂合金的防電磁干擾、減震降噪效果好，有利于提高飛行器的平穩(wěn)程度與精確程度。但利用鎂合金制備厚壁筒形件的難度較大。一方面鎂合金常溫塑性差，變形溫度與變形速度范圍窄。同時(shí)目前缺少可參考的厚壁筒形件成形工藝的報(bào)道。目前開(kāi)發(fā)的較為成熟的傳統(tǒng)鎂合金有Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系等，但其強(qiáng)度低、耐熱性能差，不能用于厚壁筒形件的制備。研究表明在鎂合金中添加某些稀土元素如Gd、Nd、Y等，可顯著提高鎂合金的強(qiáng)度及耐熱性能。但稀土元素的添加在提高合金強(qiáng)度與耐熱性能的同時(shí)，也給變形加工帶來(lái)了很大的困難。稀土元素的添加增加了鎂合金的變形抗力，同時(shí)縮小了鎂合金的變形溫度與變形速度范圍。這些因素使得具有高強(qiáng)度、高耐熱性能的厚壁筒形件加工成形很難實(shí)現(xiàn)。
[0003]本發(fā)明針對(duì)這一技術(shù)難題與工藝空白，選用Mg-Gd-Y系鎂合金，設(shè)計(jì)出該合金厚壁筒形件的成形工藝，利用變溫多向鍛造開(kāi)坯與環(huán)軋成形相結(jié)合的技術(shù)路線，不僅保證了厚壁筒形件的順利成形，同時(shí)提高了該合金的使用性能。對(duì)航空航天領(lǐng)域的減重降耗具有重大的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為具有高強(qiáng)度高耐熱性能的鎂合金厚壁筒形件提供一種切實(shí)可行的成形工藝，以滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件的需求。本發(fā)明提出的成形工藝如下。
[0005]1、采用大容量熔煉爐熔化原料，半連續(xù)鑄造，機(jī)械加工出直徑Φ450-480.ι的鎂合金鑄錠，成份(wt.%)為:Gd 7.0-9.0%, Y 2.0-4.0%, Zr 0.4-0.7%, Cu ( 0.05%,Si ( 0.05%,Fe ( 0.01%,Ni ( 0.005%，其余為Mg。半連續(xù)鑄造澆鑄的鑄錠具有尺寸大、無(wú)裂紋、缺陷少及成分偏析小等優(yōu)點(diǎn)。高質(zhì)量的鑄錠是后續(xù)變形加工順利進(jìn)行的有力保障。
[0006]2、為減少或消除非平衡凝固過(guò)程中產(chǎn)生的枝晶偏析，對(duì)錠坯進(jìn)行均勻化退火處理。
[0007]3、500-530°C保溫錠坯6_10h，在油壓機(jī)上對(duì)錠坯進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度為200-400mm/min，鐓粗道次壓下量30-40%、拔長(zhǎng)道次壓下量5-10%。當(dāng)錠坯溫度低于430°C時(shí)回爐退火，退火溫度480-520°C、保溫3-5h。每次回爐退火溫度相對(duì)前一次退火溫度降低10-20°C。錠坯經(jīng)至少3次鐓拔后壓扁至高度250-450mm。Mg-Gd-Y系鎂合金鍛造溫度范圍窄，對(duì)變形速度敏感，因此合理制定該合金的鍛造溫度與變形速度等參數(shù)是能夠順利進(jìn)行鍛造變形的關(guān)鍵，同時(shí)鎂合金的變形溫度與變形速度對(duì)變形后的顯微組織影響很大，進(jìn)而影響合金的力學(xué)性能。
[0008]4、在中錠坯心處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ200-260ι?πι。
[0009]5、480-500°C保溫錠坯3_5h在環(huán)軋機(jī)上進(jìn)行環(huán)軋成形。環(huán)軋成形在一道次內(nèi)完成，軋制變形量60-80%、軋輥溫度200-250°C，軋制出外徑Φ700-1100mm、壁厚50_100臟、高度300-700mm的厚壁筒形件。
[0010]6、成形后對(duì)厚壁筒形件時(shí)效處理，其工藝為:200-230°C保溫30_72h。
[0011]時(shí)效后該厚壁筒形件高向、切向室溫屈服強(qiáng)度≤330 MPa，抗拉強(qiáng)度≤380MPa，伸長(zhǎng)率≤4.5% ;200°C時(shí)抗拉強(qiáng)度≤330MPa，伸長(zhǎng)率≤8%。
[0012]本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)。
[0013]I)本發(fā)明首次提出鎂合金厚壁筒形件成形工藝。從熔鑄、鍛造、環(huán)軋到成形后時(shí)效處理，各工藝步驟有機(jī)結(jié)合。
[0014]2)制備的厚壁筒形件尺寸大、強(qiáng)度高、耐熱性能好。
[0015]3)該工藝生產(chǎn)效率高。在變形過(guò)程中只需加熱2-3次，提高了生產(chǎn)效率降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)減少重復(fù)加熱有利于提高鎂合金的力學(xué)性能。
[0016]4) Mg-Gd-Y系鎂合金熱變形溫度范圍窄且對(duì)變形速度敏感，其變形參數(shù)的設(shè)計(jì)及控制難度大。本發(fā)明通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，成功優(yōu)化了該合金的熱變形參數(shù)，使其成形性與最終力學(xué)性能相結(jié)合。
[0017]5)為了提高效率，減少重復(fù)加熱次數(shù)對(duì)性能的損害，軋制時(shí)采用一次環(huán)軋成形。這要求軋制速度及變形量較大(變形量> 60%)，不利于發(fā)揮鎂合金塑形，環(huán)軋成形十分困難。為解決這一技術(shù)難題，本發(fā)明采用多向鍛造+環(huán)軋結(jié)合的工藝路線。用大變形量的多向鍛造來(lái)改善鑄態(tài)組織細(xì)化晶粒，從而提高其在環(huán)軋時(shí)的變形能力。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:首先利用大爐熔煉熔融原料，半連續(xù)鑄造，機(jī)械加工出直徑Φ480πιπι、長(zhǎng)度700mm的Mg-9Gd-4Y_0.6Zr (wt.%)鎂合金錠坯，并對(duì)錠坯均勻化退火。530°C保溫錠坯8h后，在油壓機(jī)上對(duì)錠坯進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長(zhǎng)道次壓下量5-10%、上下砧板溫度200-250°C。鍛造過(guò)程中當(dāng)錠坯表面溫度低于430°C時(shí)回爐退火，退火工藝520°C保溫4h。每次回爐退火溫度相對(duì)前一次退火降低10°C。經(jīng)3次鐓拔后將坯料壓扁至高度450mm。在坯料在中軸處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ250mm。500°C保溫錠坯4h后，在軋環(huán)機(jī)上對(duì)錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量65%，軋輥溫度200-250°C，軋制出外徑Φ700mm、高度500mm、壁厚IOOmm的厚壁筒形件。對(duì)厚壁筒形件進(jìn)行時(shí)效處理，工藝為220°C保溫40h。時(shí)效后拉伸性能列于表1。
[0019]實(shí)施例2:首先利用大爐熔煉熔融原料，半連續(xù)鑄造，機(jī)械加工出直徑Φ450πιπι，長(zhǎng)度630mm的Mg-8Gd-3Y_0.6Zr (wt.%)合金錠坯，并對(duì)錠坯均勻化退火。520°C保溫錠坯IOh后，在油壓機(jī)上進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30_40%、拔長(zhǎng)道次壓下量5-10%、上下砧板溫度200-250°C。鍛造過(guò)程中當(dāng)錠坯表面溫度低于430°C時(shí)回爐退火，退火溫度500°C、保溫時(shí)間5h。每次回爐退火溫度相對(duì)前一次退火溫度降低20°C。經(jīng)4鐓拔后將坯料壓扁至高度500mm。在錠坯在中軸處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ 250mm。480°C保溫錠坯4h后，在軋環(huán)機(jī)上對(duì)錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量78%，軋輥溫度200-2500C ,軋制出外徑Φ700πιπι、高度700mm、壁厚50mm的厚壁筒形件。對(duì)厚壁筒形件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效工藝200°C保溫70h。時(shí)效后拉伸性能列于表1。
[0020]實(shí)施例3:首先利用大爐熔煉熔融原料，半連續(xù)鑄造，機(jī)械加工出直徑Φ450.ι，長(zhǎng)度550mm的Mg-8Gd-2Y_0.6Zr (wt.%)鎂合金錠坯，并對(duì)錠坯均勻化退火。520°C保溫錠坯8h后，在油壓機(jī)上進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30-40%、拔長(zhǎng)道次壓下量5-10%、上下砧板溫度200-250°C。鍛造過(guò)程中當(dāng)錠坯表面溫度低于430°C時(shí)回爐退火，退火溫度500°C、保溫時(shí)間4h。每次回爐退火溫度相對(duì)前一次退火溫度降低20°C。經(jīng)3次鐓拔后將坯料壓扁至高度350mm。在坯料在中軸處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ250mm。490°C保溫錠坯4h后，在軋環(huán)機(jī)上對(duì)錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，軋制變形量75%，軋輥溫度200-250°C，軋制出外徑Φ 1100mm、高度400mm、壁厚50mm的厚壁筒形件。對(duì)厚壁筒形件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效工藝230°C保溫30h。時(shí)效后力學(xué)性能列于表1。
[0021]表1實(shí)施例中鎂合金厚壁筒形件力學(xué)性能
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件的成形工藝，合金質(zhì)量百分比成分:Gd 7.0-9.0%，Y 2.0-4.0%, Zr 0.4-0.7%, Cu ( 0.05%, Si ( 0.05%, Fe ( 0.01%, Ni ( 0.005%，其余為 Mg,其特征在于具體工藝路線: A、大爐熔煉； B、半連續(xù)鑄造，機(jī)械加工出直徑Φ450-480πιπι的錠坯； C、對(duì)錠坯進(jìn)行均勻化退火； D、均勻化退火后的錠坯經(jīng)500-530°C保溫6-10h，在油壓機(jī)上進(jìn)行鐓拔式多向鍛造，壓下速度200-400mm/min、鐓粗道次壓下量30_40%、拔長(zhǎng)道次壓下量5_10%、上下砧板溫度200-250°C，當(dāng)錠坯表面溫度低于430°C時(shí)回爐退火，退火溫度480_520°C、保溫時(shí)間3_5h，錠坯經(jīng)至少3次鐓拔后壓扁至高度250-450mm ； E、在錠坯中心處機(jī)械穿孔，孔尺寸Φ200-260πιπι； F、在環(huán)軋機(jī)上對(duì)錠坯進(jìn)行一次環(huán)軋成形，環(huán)軋前480-50(TC保溫錠坯3-5h，軋制變形量60-80%、軋輥溫度 200-250°C，軋制出外徑 Φ700-1100mm、壁厚 50_100mm、高度 300-700mm的厚壁筒形件； G、對(duì)厚壁筒形件時(shí)效處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件成形工藝，其特征在于:D步驟每次回爐退火溫度相對(duì)前一退火溫度次降低10-20°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐熱鎂合金厚壁筒形件的成形工藝，其特征在于:時(shí)效后該厚壁筒形件高向、切向室溫屈服強(qiáng)度≥330 MPa，抗拉強(qiáng)度≥380MPa，伸長(zhǎng)率≥4.5% ；200°C抗拉強(qiáng)度≤330MPa，伸長(zhǎng)率≥8%。
【文檔編號(hào)】B21H1/06GK103769817SQ201410021997
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】劉楚明, 萬(wàn)迎春, 張緒虎, 石剛, 張帆, 陳志永, 顧洪兵, 劉東軍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)