CN108624830A - 一种镁合金结构件及其挤压制备方法 - Google Patents

一种镁合金结构件及其挤压制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于所述镁合金铸锭质量百分比组成为Zn：2.20％～3.20％、Al：2.60％～3.40％、Ti：0.20％～0.80％、Y：0.40％～1.50％其余为Mg及不可去除的杂质元素，包括以下步骤：A：制作长方体的镁合金坯料；B：挤压成形；C：时效热处理。通过采用两次挤压，并进行两次不同热处理，合金没有出现开裂情况，并使得合金内晶粒得到明显细化，位错大量增殖，晶界处有大量孪晶产生，从而使得力学性能得到显著提高，通过两次挤压后，制得的样件室温下其抗拉强度≥365Mpa、屈服强度≥240Mpa、伸长率≥6％；再通过时效处理后获得常温下抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥8％的复杂镁合金结构件，满足使用要求。

Description

一种镁合金结构件及其挤压制备方法
技术领域
本发明涉及镁合金变形加工挤压成型领域，特别涉及一种镁合金结构件挤压制备方法。
背景技术
镁合金密度小、比强度高、比弹性模量大、散热性好、易于切削加工，并且具备很好的电磁屏蔽性能、阻尼减振性能以及加工成本低等优点，是航空航天、武器装备、汽车、3C产品等元器件的理想选材，因此可广泛应用于航空航天、武器装备、汽车及电子电器产品等工业领域。为了制得大尺寸高强韧复杂镁合金结构件，镁合金塑性成形工艺成为材料加工领域的一个重要课题，由于镁合金属于密排六方晶体(hcp)结构，其滑移系相对较少，室温下其塑性变形能力差，难以塑性成形，通过传统的塑性加工技术很难解决这个问题。公告号CN107747014A发明名称为“一种具有高延展性高强镁合金及其制备方法”公开了质量百分比为：6.0～9.0％的Zn、3.0～6.0％的Gd、0.4～1.0％的Zr、0.05～0.20％的Sr、0.05～1.5％的Y、Mg为余量的具有高延展性高强镁合金及其制备方法，其中涉及该镁合金锭坯在挤压筒中进行挤压，挤压速度为1.0～5.0m/min，挤压筒预热温度为300～400℃，挤压比为10～50:1，得到挤压棒材的技术方案描述，并没有涉及采用挤压工艺制备大尺寸高强韧复杂镁合金挤压结构件的方法。
发明内容
本发明实施例通过提供一种镁合金结构件挤压制备方法，解决现有技术中由于镁合金属于密排六方晶体结构，其滑移系相对较少，室温下其塑性变形能力差，难以塑性成形制得大尺寸高强韧复杂镁合金结构件的问题。
本发明提供一种大尺寸高强韧镁合金挤压件制备方法，通过以下技术方案来实现：
一种镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于所述镁合金铸锭质量百分比组成为Zn：2.20％～3.20％、Al：2.60％～3.40％、Ti：0.20％～0.80％、Y：0.40％～1.50％其余为Mg及不可去除的杂质元素，包括以下步骤：
A：制作长方体的镁合金坯料；
B：挤压成形；
C：时效热处理。
具体地，步骤A中制作的长方体镁合金坯料规格为：长100mm～3000mm，宽100mm～2000mm，高100mm～300mm。
具体地，步骤B挤压成形过程中坯料首次预热温度为450℃～480℃，处理时间1h～4h；挤压模具预热温度为450℃～480℃，处理时间2h～6h，挤压过程中控制挤压速度，挤压速度1mm/s～10mm/s，挤压比80～120；坯料二次热处理温度为300℃～350℃，处理时间1h～4h；挤压模具预热温度为300℃～350℃，处理时间1h～4h，二次挤压过程中控制挤压速度，挤压速度0.1mm/s～4mm/s，挤压比40～80，制得镁合金挤压件。
优选地，步骤B挤压成形过程中使用水基石墨润滑剂，水基石墨润滑剂以水为溶剂，包含石墨15wt％～20wt％，纯碱20wt％～25wt％，表面活性剂3wt％～6wt％，分散剂2wt％～6wt％。
具体地，步骤C中对步骤B所制得的镁合金挤压件车削加工后进行时效处理，时效处理温度为175℃～190℃，保温18h～30h，之后空冷至室温。
本发明还提供一种镁合金结构件，通过上述制备方法制备得到。
进一步地，所述的镁合金结构件常温下抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥8％。
进一步地，所述的镁合金结构件为复杂形状的结构件，如图1所示。
本发明的一种大尺寸高强韧镁合金挤压件制备工艺通过采用两次挤压，并进行两次不同热处理，合金没有出现开裂情况，并使得合金内晶粒得到明显细化，位错大量增殖，晶界处有大量孪晶产生，从而使得力学性能得到显著提高，通过两次挤压后，制得的样件室温下其抗拉强度≥365Mpa、屈服强度≥240Mpa、伸长率≥6％；再通过时效处理后获得常温下抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥8％的复杂镁合金结构件，满足使用要求。本发明探索一种大尺寸高强韧复杂镁合金结构件挤压制备工艺，这对满足航空航天、军事武器装备等领域大尺寸高强韧复杂镁合金结构件的需求，具有重要意义。
附图说明
图1为镁合金复杂形状结构件示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，多属于本发明保护的范围。
实施例1：镁合金坯料先进行均匀化热处理，加热温度480℃，保温1h，挤压模具预热温度480℃，保温2h，对预热后的镁合金坯料进行挤压，挤压过程中采用水基石墨为润滑剂，以水为溶剂，其中石墨20％，纯碱25％，表面活性剂6％，分散剂4％比例配制，挤压速度8mm/s，挤压比90，空冷后进行二次热处理，温度300℃，保温2h，二次挤压速度2mm/s，挤压比55，对所制得的大尺寸高强韧镁合金挤压件空冷后进行时效处理，时效处理温度为190℃，保温18h，之后空冷至室温，最终获得镁合金复杂形状结构件。
根据GB/T228-2002进行室温力学性能测试，结果见表1。
实施例2：镁合金坯料先进行均匀化热处理，加热温度460℃，保温3h，挤压模具预热温度460℃，保温3h，对预热后的镁合金坯料进行挤压，挤压过程中采用水基石墨为润滑剂，以水为溶剂，其中石墨15％，纯碱20％，表面活性剂5％，分散剂6％比例配制，挤压速度5mm/s，挤压比100，空冷后进行二次热处理，温度350℃，保温1h，二次挤压速度3mm/s，挤压比60，对所制得的大尺寸高强韧镁合金挤压件空冷后进行时效处理，时效处理温度为175℃，保温26h，之后空冷至室温，最终获得镁合金复杂形状结构件。
根据GB/T228-2002进行室温力学性能测试，结果见表1。
实施例3：镁合金坯料先进行均匀化热处理，加热温度450℃，保温2h，挤压模具预热温度450℃，保温2h，对预热后的镁合金坯料进行挤压，挤压过程中采用水基石墨为润滑剂，以水为溶剂，其中石墨18％，纯碱24％，表面活性剂4％，分散剂2％比例配制，挤压速度4mm/s，挤压比120，空冷后进行二次热处理，温度320℃，保温2h，二次挤压速度1mm/s，挤压比40，对所制得的大尺寸高强韧镁合金挤压件空冷后进行时效处理，时效处理温度为180℃，保温24h，之后空冷至室温，最终获得镁合金复杂形状结构件。
根据GB/T228-2002进行室温力学性能测试，结果见表1。
对比实施例：镁合金坯料先进行均匀化热处理，加热温度400℃，保温6h，挤压模具预热温度400℃，保温6h，对预热后的镁合金坯料进行挤压，挤压过程中采用水基石墨为润滑剂，以水为溶剂，其中石墨10％，纯碱10％，表面活性剂4％，分散剂2％比例配制，挤压速度12mm/s，挤压比50，空冷后进行二次热处理，温度200℃，保温2h，二次挤压速度1mm/s，挤压比30，对所制得的大尺寸高强韧镁合金挤压件空冷后进行时效处理，时效处理温度为200℃，保温16h，之后空冷至室温，获得镁合金复杂形状结构件。
根据GB/T228-2002进行室温力学性能测试，结果见表1，表中结果显示，按本发明的方法制备得到的镁合金结构件性能满足常温下抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥8％的要求，而现有技术的方法制备得到的镁合金结构件性能有明显的差异。
表1.本发明实施例制备的镁合金力学性能表
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/％
实施例1 386 262 8.3
实施例2 385 258 8.6
实施例3 391 274 8.1
对比实施例 362 241 6.5

Claims (8)

1.一种镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于所述镁合金铸锭质量百分比组成为Zn：2.20％～3.20％、Al：2.60％～3.40％、Ti：0.20％～0.80％、Y：0.40％～1.50％其余为Mg及不可去除的杂质元素，包括以下步骤：
A：制作长方体的镁合金坯料；
B：挤压成形；
C：时效热处理。
2.根据权利要求1所述的镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于：步骤A中制作的长方体镁合金坯料规格为：长100mm～3000mm，宽100mm～2000mm，高100mm～300mm。
3.根据权利要求2所述的镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于：步骤B挤压成形过程中坯料首次预热温度为450℃～480℃，处理时间1h～4h；挤压模具预热温度为450℃～480℃，处理时间2h～6h，挤压过程中控制挤压速度，挤压速度1mm/s～10mm/s，挤压比80～120；坯料二次热处理温度为300℃～350℃，处理时间1h～4h；挤压模具预热温度为300℃～350℃，处理时间1h～4h，二次挤压过程中控制挤压速度，挤压速度0.1mm/s～4mm/s，挤压比40～80，制得镁合金挤压件。
4.根据权利要求3所述的镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于：步骤B挤压成形过程中使用水基石墨润滑剂，水基石墨润滑剂以水为溶剂，包含石墨15wt％～20wt％，纯碱20wt％～25wt％，表面活性剂3wt％～6wt％，分散剂2wt％～6wt％。
5.根据权利要求4所述的镁合金结构件挤压制备方法，其特征在于：步骤C中对步骤B所制得的镁合金挤压件车削加工后进行时效处理，时效处理温度为175℃～190℃，保温18h～30h，之后空冷至室温。
6.一种镁合金结构件，其特征在于通过如权利要求1-5中所述的制备方法制备得到。
7.根据权利要求6所述的镁合金结构件，其特征在于镁合金结构件常温下抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥255MPa，伸长率≥8％。
8.根据权利要求7所述的镁合金结构件，其特征在于所述的镁合金结构件为复杂形状的结构件，如图1所示。
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