CN113832371A - 一种高强镁合金挤压型材及其制造方法 - Google Patents
一种高强镁合金挤压型材及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113832371A CN113832371A CN202010584538.7A CN202010584538A CN113832371A CN 113832371 A CN113832371 A CN 113832371A CN 202010584538 A CN202010584538 A CN 202010584538A CN 113832371 A CN113832371 A CN 113832371A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- extrusion
- ingot
- induction heating
- magnesium alloy
- heating element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 106
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 130
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 130
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 88
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 39
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 50
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- -1 rare earth compound Chemical class 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910017863 MgGd Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017706 MgZn Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/02—Making uncoated products
- B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C29/00—Cooling or heating work or parts of the extrusion press; Gas treatment of work
- B21C29/003—Cooling or heating of work
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C29/00—Cooling or heating work or parts of the extrusion press; Gas treatment of work
- B21C29/04—Cooling or heating of press heads, dies or mandrels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高强镁合金挤压型材,其除了Mg以外还含有质量百分比如下的下述化学元素:Gd:6.5‑9.5%;Y:1.5‑4.0%;Zn:0.02‑1.0%;Zr:0.01‑0.5%。相应地,本发明还公开了上述高强镁合金挤压型材的制造方法,其包括步骤:制得挤压锭;基于有限元模拟软件确定挤压锭在各个方向上的温度分布;按照所述温度分布采用感应加热***对挤压锭进行加热;将经过加热的挤压锭立即放置于经过预热的挤压筒和挤压模具中进行挤压。本发明所述的高强镁合金挤压型材拥有良好的组织性能均匀性,性能优异且产品质量较高,具有良好的推广前景和应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种挤压型材及其制造方法,尤其涉及一种镁合金挤压型材及其制造方法。
背景技术
由于镁合金材料具有密度低、比强度高、阻尼减震性好、机械加工性能好、电磁屏蔽性能好、易回收循环利用等众多优点,其也被称为“21世纪的绿色工程结构材料”。镁合金在航空航天、轨道交通、汽车材料和3C行业轻量化设计等方面均具有广阔的应用前景,我国菱镁矿储量居世界第一位,镁资源储量丰富,为了充分发挥我国资源优势,期望通过镁合金领域进一步引领行业发展。
在制备金属型材的工艺过程中,热挤压过程是制备型材工艺的关键环节,其一般包括挤压前的加热、挤压过程保温、挤压过程工艺参数控制以及挤压后的冷却。常规热挤压加热一般采用均温挤压,即挤压坯出炉时内、外表面温度均匀一致,挤压后常采用空冷。因此,采用热挤压常规方法生产的挤压型材的内、外表面等不同位置的组织和性能均存在较显著的不均匀性。挤压型材的壁厚越厚,其径向组织不均匀性越明显;挤压锭长度越长,其长度方向前后的组织不均匀性也越明显。需要说明的是,镁合金较难变形,挤压型材的均匀性较差、表面质量难以控制,直线度和扭拧度较难保证。
镁合金在挤压变形过程中,需要控制好挤压过程材料的温度值分布,进行精细控温挤压,才可能获得良好的表面质量、组织均匀性以及力学性能均匀性。相应地,如何精确控制热挤压坯锭的加工温度及其温度分布,对于提高挤压型材断面和长度方向的组织性能均匀性,具有至关重要的影响。
在镁合金型材挤压过程中,由于模具的出口处形状是根据具体的型材的尺寸的不同而随之不同,其型材在挤压出口处挤出后的温度取决于铸锭本身预加热的温度、挤压过程挤压筒的保温温度和挤压过程中与模具摩擦生热导致的温度升高,这三方面的因素综合平衡下来最终影响着挤压型材的成形温度。其中,铸锭本身的温度分布具有重要的决定作用。因此,针对于铸锭的精确控温意义十分重要。
目前,在现有技术中,主要通过燃气等介质炉加热、电阻炉加热和感应炉加热等方法对坯锭进行加热。在对镁合金变形坯锭进行加热时,通常将坯锭放入炉子的炉膛内进行整体加热。
但是,需要说明的是,采用介质炉加热方式时,介质炉采用燃气燃烧加热,由于燃烧温度分布不够精确控制,对镁合金而言,不宜采用。相应地,当采用电阻炉进行加热时,由于电阻炉加热效率较低,加热时间较长,不仅会不利于连续快速生产,而且难以对镁合金挤压坯锭温度实现即时精确控制,会使整个坯锭组织均匀不够。
例如:公开号为CN2902495Y,公开日为2007年5月23日,名称为“一种用于镁合金带卷生产的轧制装置”的中国专利文献公开提出了一种采用加热保温装置,将轧辊和镁合金锭都置于加热保温箱内,保证轧制工艺的顺行的方法。这种将轧辊和坯锭均置于炉内的方法,不利于加工操作和现场观察,对设备维护也带来了较大困难,整体加热对变形坯锭温度分布缺乏调节措施和手段。
相应地,采用感应加热的方式对变形坯锭进行加热时,可以实现整体加热,即将整个坯锭放入大型感应加热线圈中,可以整体加热到所设定的温度值。然而,在变形坯锭预热阶段,虽然整体加热能够获得相对一致的微观组织均匀性,但是在变形过程中不同部位变形量不同,必然会导致材料的再结晶程度不同,从而导致变形加工后材料的微观组织差异巨大,显然会使制备的材料及其零部件不同部位的力学性能差异巨大。
由于变形坯料的温度分布对于挤压、轧制等加工后组织均匀性影响很大,目前已有少数案例提到采用梯度加热,即采用水冷或气冷,结合感应加热,从而在镁合金挤压锭的前后端形成温度梯度,有利于在挤压过程中调整前后端的挤压温度,获取想要的材料特征。
例如:公开号为CN201433228Y,公开日为2010年3月31日,名称为“一种铝合金管棒梯度感应加热炉”的中国专利文献公开了一种使用感应线圈实现铝合金管棒的梯度感应加热,其通过加热线圈和补温线圈两段式感应器在挤压坯料棒实现铝棒前后段温度梯度。
又例如:申请号为CN106676436A,公开日为2017年5月17日,名称为“一种实现挤压坯料温度梯度分布的热处理炉及热处理方法”的中国专利文献公开了一种采用燃气加热、风冷和电感应加热复合的热处理方法,对挤压坯锭实现了轴向头高尾底、径向外高内底的温度梯度分布加热。但是,需要说明的是,上述专利技术均只是在挤压锭轴向和径向上简单地实现了一定的温度梯度,因而挤压型材的组织均匀性仍然有待提高。
通常情况下,挤压锭挤压出型材的工艺对镁合金挤压材圆周方向和径向长度方向的温度分布有严格要求,挤压坯锭本身的温度分布对于挤压型材组织均匀性影响很大。
对于简单形状型材,上述某些技术虽然通过了前述在轴向径向实现了温度梯度,但因为这种温度的梯度实现,缺乏调控的目标,对于最后型材的温度和组织性能的均匀性并不一定带来益处,特别是针对具体型材形状尺寸对于温度需求的影响缺乏针对性指导。相应地,在挤压坯锭上这种温度梯度即使存在,但在挤压锭进入热加工挤压的挤压筒之后,由于挤压筒本身保温温度的影响,在挤压过程中,往往随着挤压时间慢慢推进坯锭被重新加热,温度场会发生显著变化。因此,如何自适应定制挤压锭温度分布并在可控温度分区条件下实现控温变形挤压,是目前制约镁合金挤压组织性能均匀性改善的关键技术。
综上所述,针对现有技术中普遍存在的缺陷和不足,期望获得一种高强镁合金挤压型材及其制造方法,该高强镁合金挤压型材制造方法可以在镁合金挤压锭挤压过程中顺利实现控温挤压,其可以获得更高组织性能均匀性的高强镁合金挤压型材。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高强镁合金挤压型材,该耐高强镁合金挤压型材具有良好的组织性能均匀性,性能优异且产品质量较高,具有良好的推广前景和应用价值。
为了实现上述目的,本发明提供了一种高强镁合金挤压型材,其除了Mg以外还含有质量百分比如下的下述化学元素:
Gd:6.5-9.5%;
Y:1.5-4.0%;
Zn:0.02-1.0%;
Zr:0.01-0.5%。
进一步地,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,其各化学元素质量百分比为:
Gd:6.5-9.5%;
Y:1.5-4.0%;
Zn:0.02-1.0%;
Zr:0.01-0.5%;
余量为Mg和其他不可避免的杂质元素。
在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,各化学元素的设计原理如下所述:
Gd:在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,Gd元素是重要的合金化元素,它在镁合金中具有较大的固溶度,添加后既可以利用自身的固溶强化作用,又可以借助稀土化合物MgGd相对晶界的强化作用,来提高镁合金的室温、高温强度,和抗蠕变性能。但是,需要注意的是,镁合金中Gd元素含量过高,则会析出较多的共晶相在晶界上,降低塑性,不仅会显著加大合金密度,而且还会提高生产成本。因此,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中控制Gd的质量百分比在6.5-9.5%之间。
在一些优选的实施方式中,为了得到更好的实施效果,Gd的质量百分比可以控制在7.0-8.5%之间。
Y:在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,Y元素在镁合金中具有较大的固溶度,添加后也可以起到固溶强化作用,以及析出稀土化合物MgGdY相强化晶界,提高镁合金的力学强度和抗蠕变性能。但是需要注意的是,镁合金中Y元素含量过高,则会大量析出在晶界上,导致材料塑性下降。因此,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中控制Y的质量百分比在1.5-4.0%之间。
在一些优选的实施方式中,为了得到更好的实施效果,Y的质量百分比可以控制在3.5-4.0%之间。
Zn:在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,Zn元素作为重要添加元素,在镁合金中主要形成了MgZn相起到强化作用,当存在Gd时晶界处析出MgZnGd相,具有更好的热加工稳定性。但需要注意的是,过高的Zn含量(大于1%)会导致粗大第二相,影响合金力学性能。因此,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中控制Zn的质量百分比在0.02-1.0%之间。
在一些优选的实施方式中,为了得到更好的实施效果,Zn的质量百分比可以控制在0.2-0.6%之间。
Zr:在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,Zr元素在镁中固溶度小于1.0%,在合金中主要形成结晶核细化晶粒,提高合金的塑性和强度。因此,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中控制Zr的质量百分比在0.01-0.5%之间。
在一些优选的实施方式中,为了得到更好的实施效果。Zr的质量百分比可以控制在0.2-0.4%之间。
进一步地,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,其各化学元素的质量百分比满足下列各项的至少其中之一:
Gd:7.0-8.5%;
Y:3.5-4.0%;
Zn:0.2-0.6%;
Zr:0.2-0.4%。
进一步地,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,其组织均匀,且平均晶粒尺寸为8-15微米。
进一步地,在本发明所述的高强镁合金挤压型材中,其屈服强度为180-260MPa,抗拉强度为270-320MPa,延伸率≥10%。
相应地,本发明的另一目的在于提供一种高强镁合金挤压型材的制造方法,该制造方法通过感应加热可精确控制镁合金挤压锭的温度分布,然后快速挤压加工,实现镁合金挤压型材更均匀更高效率变形。采用该制造方法制得的高强镁合金挤压型材的屈服强度为180-260MPa,抗拉强度为270-320MPa,延伸率≥10%,具有优异的组织性能均匀性。
为了实现上述目的,本发明提出了上述的高强镁合金挤压型材的制造方法,包括步骤:
制得挤压锭;
基于有限元模拟软件确定挤压锭在各个方向上的温度分布;
按照所述温度分布采用感应加热***对挤压锭进行加热;
将经过加热的挤压锭立即放置于经过预热的挤压筒和挤压模具中进行挤压。
在本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法中,针对目前挤压锭预热温度分布缺乏精准控制,以及挤压过程获得的挤压型材组织性能均匀性不够的问题,提出了一种能根据目标温度云图分区域分布控制镁合金挤压锭加热温区的感应加热***以及一种提高镁合金挤压型材组织均匀性的高效均质挤压制造方法,其通过感应加热可以精确控制镁合金挤压锭的温度分布,然后快速挤压加工,实现镁合金挤压型材更均匀更高效率变形。
此外,在本发明所述制造方法中,感应加热镁合金挤压锭的效率相对较高,镁合金挤压锭加热效果较好,可以精确控制挤压锭的各种温度分布趋势,有利于提高产品质量。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,将所述挤压筒预热到300-500℃;并且/或者将所述挤压模具预热到300-500℃。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,其中挤压过程中的挤压推杆速度为5-50mm/s。
上述技术方案中,本发明通过控制挤压过程中的挤压推杆速度为5-50mm/s,可以有效避免温度分布区域已精确控制的挤压坯锭在挤压筒中停留后温度场发生明显改变。此外,本发明采用了较高的挤压速度,有效提高了挤压效率,可以降低产品加工费用,使产品***更低,有利于扩大镁合金挤压型材的推广应用范围。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,所述感应加热***包括:
径向感应加热元件,其沿着挤压锭的径向方向对挤压锭进行加热;
轴向感应加热元件,其沿着挤压锭的轴向方向对挤压锭进行加热;
微区感应加热元件,其对挤压锭进行补热;
控制器,其与所述径向感应加热元件、轴向感应加热元件、微区感应加热元件分别连接,以控制其按照所述温度分布对挤压锭进行加热。
上述技术方案中,该感应加热***可以对挤压锭进行分区控温感应加热,对不同区域的温度进行控制,获得温度区域分布可控的挤压锭,满足挤压锭三维空间上各区域温度分区设计需要。
此外,该感应加热***在挤压锭的轴向和径向上不同区域采用多个感应加热元件加热和微区感应加热元件进行加热,可进行独立调节,并智能控制,有利于局部温度调节,可实现定制复杂温度区域分布,提高控温精度和控温目的性。需要说明的是,感应加热***中的各个感应加热元件可以根据实际情况灵活选择组合,采用多个感应加热元件,可以有效适用于对温度需求复杂的不同设计结果的镁合金挤压锭的感应加热处理,该感应加热***具有较好的兼容性。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,上述径向感应加热元件、轴向感应加热元件、微区感应加热元件均具有红外测温装置,以实时检测挤压锭被加热区域的温度。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,所述挤压锭被加热至260-460℃。
本发明所述的高强镁合金挤压型材及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果:
(1)本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法可以在镁合金挤压材圆周和长度各方向上不同区域采用多个感应器加热和微区加热器,进行独立调节,并智能控制,有利于局部温度调节,可实现定制复杂温度区域分布,有效提高控温精度和控温目的性。
(2)本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法中感应加热***的感应加热元件可以据实际情况灵活选择组合,采用多个感应加热元件,可适用于对温度需求复杂的不同设计结果的高强镁合金挤压型材的感应加热处理,具有较好的兼容性。
(3)本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法中采用了感应加热的加热方式,感应加热效率相对较高,镁合金挤压锭加热效果较好,可精确控制挤压锭的各种温度分布趋势,有利于提高产品质量。
(4)本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法可以对挤压锭精确分区控温,实现挤压型材在变形过程中有针对性分区控温,本发明设计的镁合金经该工艺挤压后,挤压型材获得的组织均匀性更好,材料的性能更优,产品质量更高,具有更大的市场竞争力。
本发明所述的高强镁合金挤压型材通过合理的化学成分设计,配合特定的制造工艺可以获得良好的组织性能均匀性。该高强镁合金挤压型材屈服强度为180-260MPa,抗拉强度为270-320MPa,延伸率≥10%,性能优异且产品质量较高。
附图说明
图1示意性地显示了本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法在一种实施方式下的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例和说明书附图对本发明所述的高强镁合金挤压型材及其制造方法做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1示意性地显示了本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法在一种实施方式下的工艺流程图。
如图1所示,在本实施方式中,制造本发明所述的高强镁合金挤压型材,可以先根据要挤压型材断面形状和尺寸,优化设定挤压模具温度、挤压筒温度以及挤压杆快速挤压速度参数,基于有限元模拟软件进行有限元模型分析,优化确定挤压锭加热温度分区参数。而后可以控制感应加热***的感应线圈按温度分布设计需求分区控温加热挤压锭,并对挤压设备模具和挤压筒按设计参数进行预热和控温。再将经过加热的挤压锭对放入挤压筒和挤压模具中按上述设计值进行快速挤压,制备出组织均匀性高的挤压型材。
在本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法中,提出了一种感应加热***,感应加热***可以按温度分布设计需求分区控温加热挤压锭。该感应加热***可以包括:径向感应加热元件、轴向感应加热元件、微区感应加热元件和控制器。其中,径向感应加热元件可以沿着挤压锭的径向方向对挤压锭进行加热,实现对表面和心部不同的加热分区;轴向感应加热元件可以沿着挤压锭的轴向方向对挤压锭进行加热,通过独立控制分布在挤压锭长度上各个区域的感应器,对挤压锭长度方向不同表面位置的温度进行独立调节,从而加热至目标温度;微区感应加热元件可以由多个微型加热线圈密布组成,实现对挤压锭进行补热。
相应地,感应加热***中的控制器可以与径向感应加热元件、轴向感应加热元件、微区感应加热元件分别连接,控制器可以控制统一采集信息和输出控制信号,实现对挤压锭三维空间的各个区域温度进行控制加热,获得需要的温度区域分布可控的挤压锭。
该感应加热***在挤压锭的轴向和径向上不同区域采用多个感应加热元件加热和微区感应加热元件,可进行独立调节,并智能控制,有利于局部温度调节,可实现定制复杂温度区域分布,提高控温精度和控温目的性。此外,需要说明的是,感应加热***中的各个感应加热元件可以根据实际情况灵活选择组合,采用多个感应加热元件,可以有效适用于对温度需求复杂的不同设计结果的镁合金挤压锭的感应加热处理,该感应加热***具有较好的兼容性。
需要注意的是,在一些其他的实施方式中,为了得到更好的实施效果,径向感应加热元件、周向感应加热元件、微区感应加热元件均可以具有红外测温装置。各个加热元件上的红外测温装置可以通过红外测温的方式,实时检测挤压锭各区域温度,并可以将温度数据发送给控制器,控制器可以实时计算该区域所需加热功率,将功率数据发送给各个加热元件执行加热。此外,需要说明的是,控制器还可以将实时计算的挤压锭区域温度与该区域设定温度进行比较。若挤压锭区域温度与区域设定温度一致,则维持加热功率即可;若挤压锭区域温度分布与区域设定温度的差值超过最大设定值,则控制器可以计算该区域加热元件的调节参数,并发送至相应感应加热单元,进行参数调节,以工艺分析中设计的目标温度分布作为调节依据,温度满足工艺设计中温度分布要求,从而可以有效实现挤压锭的控温加热,满足镁合金挤压锭挤压过程的温度分布要求。
另外,还需要说明的是,在一些其他的实施方式中,本发明所述的感应加热***中还可以包括有位置传感器,其同样可以和感应加热***中的控制器相连接。位置传感器可以有效定位挤压锭的相对位置,并将相关数据信息传输给控制器,感应加热***中还设置位置传感器,可以有效方便感应加热***精准定位并加热挤压锭。
实施例1-6和对比例1
表1列出了实施例1-6的高强镁合金挤压型材和对比例1的镁合金挤压型材中各化学元素质量百分比。
表1.(wt%,余量为Mg和其他不可避免的杂质)
在本发明中,实施例1-6的高强镁合金挤压型材均采用以下步骤制得:
步骤1:按照表1所示的化学元素成分制得挤压锭;
步骤2:根据要挤压型材断面形状和尺寸,优化设定挤压模具温度、挤压筒温度以及挤压杆快速挤压速度参数,基于有限元模拟软件确定挤压锭在各个方向上的温度分布;
步骤3:按照所述温度分布采用感应加热***对挤压锭进行加热至260-460℃,对不同区域的温度进行调节控制,满足温度分布要求;
步骤4:将经过加热的挤压锭立即放置于经过预热的挤压筒和挤压模具中进行挤压。其中,控制挤压筒预热到300-500℃,控制挤压模具预热到300-500℃挤压过程中的控制挤压推杆速度为5-50mm/s。
需要说明的是,在本发明中,对比例1的镁合金挤压型材仅采用常规电阻炉预热挤压锭预热方式制得,其按照表1所示的化学元素成分制备挤压锭,而后将制得的挤压锭放入电阻炉膛内,控制加热温度为450℃,加热4小时后,放入预热温度为430℃挤压筒中,预热模具温度为450℃,控制挤压推杆速度为0.5mm/s进行挤压,挤出后冷却获得挤压型材。
表2列出了实施例1-6的高强镁合金挤压型材的具体工艺参数。
表2.
需要说明的是,由于本案中的挤压锭加热温度是根据挤压锭在各个方向上的温度分布确定的,因此其在表3中的各个实施例中均体现为范围值,而非常规的点值。
将制得的实施例1-6的高强镁合金挤压型材和对比例1的镁合金挤压型材进行各项力学性能测试,所得的测试结果列于表3中。
表3列出了实施例1-6的高强镁合金挤压型材和对比例1的镁合金挤压型材的力学性能测试结果。
表3.
由表3可看出,相较于对比例1,本发明实施例1-6的前后端的型材力学性能更加均匀,且实施例1-6的屈服强度均在180-260MPa之间,抗拉强度均在270-320MPa之间,延伸率均≥10%。各实施例的高强镁合金挤压型材的各项性能十分优异,不仅具有较高强度,还具有优异力学性能均匀性。
在本发明中,实施例1和4的高强镁合金挤压型材表现为目字型材,实施例2和5的高强镁合金挤压型材表现为只字型材,实施例3和6的高强镁合金挤压型材表现为T型材,对比例1的镁合金挤压型材表现为T型材。对实施例1-6和对比例1型材横断面的微观组织进行观察,所得观察结果列于表4中。
表4列出了实施例1-6的高强镁合金挤压型材和对比例1的镁合金挤压型材的微观组织观察结果。
表4.
由表4可以看出,对比例1型材表面的晶粒尺寸明显细小,T型材中心的晶粒尺寸明显粗大,该挤压锭所获得的挤压型材前段型材组织晶粒明显较细,平均晶粒为15微米,后端挤压型材的晶粒尺寸性对较大,平均晶粒为20微米。相较于对比例1,本发明中实施例1-6高强镁合金挤压型材的型材表面和心部的晶粒尺寸接近,型材横截面上的组织均匀,且平均晶粒尺寸均在8-15微米之间,具有优良的组织均匀性。
结合表3和表4可以看出,对比例1中的镁合金挤压型材晶粒均匀性较差,其力学性能均匀性也劣于本发明实施例,本发明实施例1-6的高强镁合金挤压型材具有良好的组织性能均匀性。
综上所述可以看出,本发明所述的高强镁合金挤压型材通过合理的化学成分设计,配合特定的制造工艺可以获得良好的组织性能均匀性。该高强镁合金挤压型材屈服强度为180-260MPa,抗拉强度为270-320MPa,延伸率≥10%,性能优异且产品质量较高。
相应地,本发明所述的高强镁合金挤压型材的制造方法对镁合金挤压锭可精确分区控温,实现了挤压型材在变形过程中有针对性分区控温,合金经该工艺挤压后,挤压型材获得的组织均匀性更好,材料的性能更优,产品质量更高,具有良好的推广前景和应用价值。
此外,本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式,本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合,除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是,以上列举的仅为本发明的具体实施例,显然本发明不限于以上实施例,随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种高强镁合金挤压型材,其特征在于,其除了Mg以外还含有质量百分比如下的下述化学元素:
Gd:6.5-9.5%;
Y:1.5-4.0%;
Zn:0.02-1.0%;
Zr:0.01-0.5%。
2.如权利要求1所述的高强镁合金挤压型材,其特征在于,其各化学元素质量百分比为:
Gd:6.5-9.5%;
Y:1.5-4.0%;
Zn:0.02-1.0%;
Zr:0.01-0.5%;
余量为Mg和其他不可避免的杂质元素。
3.如权利要求1或2所述的高强镁合金挤压型材,其各化学元素的质量百分比满足下列各项的至少其中之一:
Gd:7.0-8.5%;
Y:3.5-4.0%;
Zn:0.2-0.6%;
Zr:0.2-0.4%。
4.如权利要求1或2所述的高强镁合金挤压型材,其特征在于,其组织均匀,且平均晶粒尺寸为8-15微米。
5.如权利要求1或2所述的高强镁合金挤压型材,其特征在于,其屈服强度为180-260MPa,抗拉强度为270-320MPa,延伸率≥10%。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的高强镁合金挤压型材的制造方法,其特征在于,包括步骤:
制得挤压锭;
基于有限元模拟软件确定挤压锭在各个方向上的温度分布;
按照所述温度分布采用感应加热***对挤压锭进行加热;
将经过加热的挤压锭立即放置于经过预热的挤压筒和挤压模具中进行挤压。
7.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,将所述挤压筒预热到300-500℃;并且/或者将所述挤压模具预热到300-500℃。
8.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,其中挤压过程中的挤压推杆速度为5-50mm/s。
9.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,所述感应加热***包括:
径向感应加热元件,其沿着挤压锭的径向方向对挤压锭进行加热;
轴向感应加热元件,其沿着挤压锭的轴向方向对挤压锭进行加热;
微区感应加热元件,其对挤压锭进行补热;
控制器,其与所述径向感应加热元件、轴向感应加热元件、微区感应加热元件分别连接,以控制其按照所述温度分布对挤压锭进行加热。
10.如权利要求9所述的制造方法,其特征在于,所述径向感应加热元件、轴向感应加热元件、微区感应加热元件均具有红外测温装置,以实时检测挤压锭被加热区域的温度。
11.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,所述挤压锭被加热至260-460℃。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010584538.7A CN113832371A (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种高强镁合金挤压型材及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010584538.7A CN113832371A (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种高强镁合金挤压型材及其制造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113832371A true CN113832371A (zh) | 2021-12-24 |
Family
ID=78964367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010584538.7A Pending CN113832371A (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种高强镁合金挤压型材及其制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113832371A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115233010A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-10-25 | 重庆大学 | 一种高效制备高强镁合金的方法 |
CN115261694A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-11-01 | 上海交通大学 | 一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金 |
CN115846445A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-28 | 中镁宏海科技有限公司 | 一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2663605A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Magnesium Elektron Limited | Magnesium gadolinium alloys |
CN101191168A (zh) * | 2006-11-23 | 2008-06-04 | 北京有色金属研究总院 | 一种镁合金及其制备方法 |
CN102400071A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-04-04 | 中南大学 | 一种大直径高强耐热镁合金管材的挤压变形工艺 |
CN103157692A (zh) * | 2011-12-09 | 2013-06-19 | 北京有色金属研究总院 | 一种锌基合金异形管材的制备方法 |
CN103627938A (zh) * | 2012-08-27 | 2014-03-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度镁合金挤压无缝管材及其制备工艺 |
CN103849801A (zh) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种高强耐热稀土镁合金锭坯电磁半连续铸造制备方法 |
CN104313440A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-01-28 | 上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司 | 一种高性能汽车防撞杆用镁合金管材及其制造方法 |
CN106756370A (zh) * | 2016-12-10 | 2017-05-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种高强韧耐蚀防燃Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr合金及其制备方法 |
CN110878397A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-13 | 中国兵器工业第五九研究所 | 大尺寸镁合金型材组织均匀性控制工艺 |
CN111057924A (zh) * | 2020-01-05 | 2020-04-24 | 北京工业大学 | 一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法 |
-
2020
- 2020-06-23 CN CN202010584538.7A patent/CN113832371A/zh active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2663605A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Magnesium Elektron Limited | Magnesium gadolinium alloys |
CN101191168A (zh) * | 2006-11-23 | 2008-06-04 | 北京有色金属研究总院 | 一种镁合金及其制备方法 |
CN102400071A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-04-04 | 中南大学 | 一种大直径高强耐热镁合金管材的挤压变形工艺 |
CN103157692A (zh) * | 2011-12-09 | 2013-06-19 | 北京有色金属研究总院 | 一种锌基合金异形管材的制备方法 |
CN103627938A (zh) * | 2012-08-27 | 2014-03-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度镁合金挤压无缝管材及其制备工艺 |
CN103849801A (zh) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种高强耐热稀土镁合金锭坯电磁半连续铸造制备方法 |
CN104313440A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-01-28 | 上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司 | 一种高性能汽车防撞杆用镁合金管材及其制造方法 |
CN106756370A (zh) * | 2016-12-10 | 2017-05-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种高强韧耐蚀防燃Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr合金及其制备方法 |
US20200102631A1 (en) * | 2016-12-10 | 2020-04-02 | The Boeing Company | Mg-gd-y-zn-zr alloy and process for preparing the same |
CN110878397A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-13 | 中国兵器工业第五九研究所 | 大尺寸镁合金型材组织均匀性控制工艺 |
CN111057924A (zh) * | 2020-01-05 | 2020-04-24 | 北京工业大学 | 一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
李戬: "《材料成型及控制工程专业实验实训教程》", 31 August 2019, 北京航空航天大学出版社 * |
潘复生等: "《新型合金材料——镁合金》", 31 October 2017, 中国铁道出版社 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115261694A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-11-01 | 上海交通大学 | 一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金 |
CN115233010A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-10-25 | 重庆大学 | 一种高效制备高强镁合金的方法 |
CN115846445A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-28 | 中镁宏海科技有限公司 | 一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法 |
CN115846445B (zh) * | 2023-02-15 | 2023-07-25 | 中镁宏海科技有限公司 | 一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113832371A (zh) | 一种高强镁合金挤压型材及其制造方法 | |
CN107779680B (zh) | 一种6系铝合金型材及其制备方法 | |
CN103388115B (zh) | 一种高强韧镁合金棒材的制备方法 | |
CN109454188A (zh) | Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法 | |
CN106544608B (zh) | 一种特厚细晶高强韧镁合金锻件的成形方法 | |
CN112048690B (zh) | 一种控制TiAl合金细晶组织的形变热处理方法 | |
CN111041293B (zh) | 一种高强度薄壁型材生产工艺 | |
CN113430403B (zh) | 一种预时效制备高强韧稀土镁合金的方法 | |
CN100569407C (zh) | 提高镁合金型材塑性的热挤压生产工艺 | |
CN109622873A (zh) | 一种2219铝合金环件细晶制造工艺 | |
CN113430429A (zh) | 一种多元耐热变形稀土铝合金及其制备方法 | |
CN106392490B (zh) | 一种大规格细晶纯钛棒材的加工方法 | |
CN109536803B (zh) | 一种高延展性低稀土镁合金板材及其制备方法 | |
CN106834837A (zh) | 一种Al‑Cu‑Mg‑Fe‑Ni系变形耐热铝合金及其制备方法 | |
CN108787750A (zh) | 一种β凝固TiAl合金板材的一步大变形轧制方法 | |
CN103498086A (zh) | 一种高强度高韧性镁合金及其制备工艺 | |
CN108385008B (zh) | 中强度高吸能镁合金及可深度冷弯管材的制备装置和方法 | |
CN101457331A (zh) | 一种TiAl合金棒材的制备方法 | |
CN106676436B (zh) | 一种实现挤压坯料温度梯度分布的热处理炉及热处理方法 | |
Zhang et al. | Recent research and development on forming for large magnesium alloy components with high mechanical properties | |
CN107354305A (zh) | 改善Cr12型模具钢共晶碳化物不均匀度的制备方法 | |
CN106756681A (zh) | 一种基于织构控制思想的半固态坯料快速制备方法 | |
CN108043885A (zh) | 一种控制钛合金无缝管材织构的温轧加工方法及钛合金管材 | |
CN206721341U (zh) | 一种实现挤压坯料温度梯度分布的热处理炉 | |
CN105568071A (zh) | 一种高强度高延伸率空调器用铝箔及其制造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211224 |