CN114798799A - 一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法 - Google Patents

一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材制备方法，包括如下步骤：S1：提供稀土镁合金丝材；S2：拉拔成形；S3：对焊连接及热处理：将步骤S2得到的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率8～20％，顶锻压力0～30MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h；S4：拉拔成形；S5：扒皮处理。通过拉拔成形、对焊、退火热处理及扒皮等工序，制备的稀土镁合金丝材等径细长，对焊部位的组织与性能和母材一致，在后续的电弧增材过程中不会产生气孔，不会造成组织差异，表面质量好，送丝性能稳定，长度可达数千米。

Description

一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，尤其涉及一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法。
背景技术
镁合金是目前应用的最轻的金属结构材料，在不改变结构设计的情况下替代现用铝合金可实现结构减重25％以上，将是新一代重大装备的重要选择。镁合金复杂构件应用需求愈加广泛，在重要产品研制阶段，设计更迭频繁，快速制造镁合金壳体、支架等大型复杂薄壁构件已成为缩短研制周期和节约研发成本的关键问题。电弧增材成形技术能很好地解决镁合金成形能力差的问题，通过将三维实体分层拆解为二维平面，逐层叠加的方法，无需模具，即可实现复杂结构的成形，同时达到节省材料与时间。这是传统铸造镁合金和变形镁合金无法达到的。但是，高强韧镁合金丝材缺乏相关制备技术，无法制备等径细长、组织均匀的高强韧镁合金丝材。
AZ31B、AZ80等非稀土镁合金主要采用挤压成形和压余焊合的方法来制备细长丝材，通过在挤压筒内压余焊合实现多根丝材连接，单根长度约2～5KM。但是稀土镁合金高温性能较高，无法实现大体积大挤压比的一次挤压成形，且稀土镁合金焊合能力差，尤其是挤压筒内压余焊合非常差，无法实现挤压筒内压余焊合连接，单根长度难于达到千米。因此需要提供一种连接工艺将丝材连接起来，并且连接接头处在后续的拉拔过程中不能发生断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法，通过该制备工艺制备得来的稀土镁合金丝材等径细长，对焊部位的组织与性能和母材一致，在后续的电弧增材过程中不会产生气孔，不会造成组织差异，表面质量好，送丝性能稳定，长度可达数千米。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法，包括如下步骤：
S1：提供稀土镁合金丝材，稀土镁合金丝材直径为4.0～6.0mm；
S2：拉拔成形：将稀土镁合金丝材进行退火处理，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h，然后将经过退火处理的稀土镁合金丝材进行拉拔处理，拉拔温度为300～500℃，保温时间0～2h，拉拔道次为10～30道次，并且每进行3～12道次后进行退火，然后继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为2.0～4.0mm；
S3：对焊连接及热处理：将步骤S2得到的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率8～20％，顶锻压力0～30MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h；
S4：拉拔成形：将步骤S3得到的丝材按照步骤S2的工艺继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为1～1.5mm；
S5：扒皮处理：待加工的镁合金丝缠绕在放线组件上，经过第一压轮组辊压后进入直径1～1.5mm扒皮模具中进行扒皮，扒皮之后通过拉丝机滚筒收回，制得的稀土镁合金丝材可达千米以上。
优选地，所述稀土镁合金丝材，按质量百分比计，成分为：钆Gd：8.0～12.0％，钇Y：2.5～4.5％，锌Zn：0～4.0％，锆Zr：0.3～2.0％，其他单个杂质元素：≦0.1％，其他杂质元素合计：≦0.2％，余量为镁Mg。
优选地，所述步骤S1具体包括：
S11：提供稀土镁合金铸棒，所述稀土镁合金铸棒直径为150～200mm；
S12：锻造成形：将稀土镁合金铸棒进行锻造处理，预热温度300～500℃，保温时间6～12h，锻造温度300～500℃，锻造后的稀土镁合金棒直径为90～110mm；
S13：挤压成形：挤压模具预热温度400～520℃，保温1～6h，稀土镁合金棒预热温度300～500℃，保温1～12h，将经锻造处理后的稀土镁合金棒挤压为直径为4.0～6.0mm的稀土镁合金丝材。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材制备方法，包括如下步骤：S1：提供稀土镁合金丝材；S2：拉拔成形；S3：对焊连接及热处理：将步骤S2得到的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率8～20％，顶锻压力0～30MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h；S4：拉拔成形；S5：扒皮处理。通过拉拔成形、对焊、退火热处理及扒皮等工序，制备的稀土镁合金丝材等径细长，对焊部位的组织与性能和母材一致，在后续的电弧增材过程中不会产生气孔，不会造成组织差异，表面质量好，送丝性能稳定，长度可达数千米。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1所示，本实施例提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法，包括如下步骤：
S1：提供稀土镁合金丝材，稀土镁合金丝材直径为4.0～6.0mm；
S2：拉拔成形：将稀土镁合金丝材进行退火处理，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h，然后将经过退火处理的稀土镁合金丝材进行拉拔处理，拉拔温度为300～500℃，保温时间0～2h，拉拔道次为10～30道次，并且每进行3～12道次后进行退火，然后继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为2.0～4.0mm；
S3：对焊连接及热处理：将步骤S2得到的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率8～20％，顶锻压力0～30MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h；对焊属于压力焊的一种焊接方式，其焊接过程主要分为两个阶段：先用电极夹紧母材，通过电极的移动使焊件端面接触，电流经过接触面产生的电阻热，使接触面迅速熔化；然后接头受到顶锻力作用，两接触面之间的熔融金属、氧化物和其它杂质挤出，其中接头端面及其附近区域材料产生了一定量的塑性变形，从而促进这些区域发生动态再结晶和再结晶，最终在端面处形成共同晶粒，实现材料连接。对焊可以实现镁合金丝材的连接，但是在对焊之后，接头处存在较大的残余应力，延伸率较差，在后续的拉拔过程中容易发生断裂，因此需要经过退火来降低残余应力，提高对焊接头的延伸率，以便于后续的拉拔工序的进行。
S4：拉拔成形：将步骤S3得到的丝材按照步骤S2的工艺继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为1～1.5mm；
S5：扒皮处理：待加工的镁合金丝缠绕在放线组件上，经过第一压轮组辊压后进入直径1～1.5mm扒皮模具中进行扒皮，扒皮之后通过拉丝机滚筒收回，制得的稀土镁合金丝材可达千米以上。
优选地，所述稀土镁合金丝材，按质量百分比计，成分为：钆Gd：8.0～12.0％，钇Y：2.5～4.5％，锌Zn：0～4.0％，锆Zr：0.3～2.0％，其他单个杂质元素：≦0.1％，其他杂质元素合计：≦0.2％，余量为镁Mg。
优选地，所述步骤S1具体包括：
S11：提供稀土镁合金铸棒，所述稀土镁合金铸棒直径为150～200mm；
S12：锻造成形：将稀土镁合金铸棒进行锻造处理，预热温度300～500℃，保温时间6～12h，锻造温度300～500℃，锻造后的稀土镁合金棒直径为90～110mm；
S13：挤压成形：挤压模具预热温度400～520℃，保温1～6h，稀土镁合金棒预热温度300～500℃，保温1～12h，将经锻造处理后的稀土镁合金棒挤压为直径为4.0～6.0mm的稀土镁合金丝材。
本实施例供的一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材制备方法，包括如下步骤：S1：提供稀土镁合金丝材；S2：拉拔成形；S3：对焊连接及热处理：将步骤S2得到的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率8～20％，顶锻压力0～30MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h；S4：拉拔成形；S5：扒皮处理。通过拉拔成形、对焊、退火热处理及扒皮等工序，制备的稀土镁合金丝材等径细长，对焊部位的组织与性能和母材一致，在后续的电弧增材过程中不会产生气孔，不会造成组织差异，表面质量好，送丝性能稳定，长度可达数千米。
制备三组稀土镁合金，并将该三组稀土镁合金采用上述的制备方法拉拔成丝材进行拉伸性能测试。
第一组：配料成份(烧损后)为：钆Gd：8.0％，钇Y：4.0％，锌Zn：1.5％，锆Zr：0.4％，首先，挤压成形，挤压模具预热温度490℃，保温1h，镁合金棒预热温度470℃，保温6h，挤压速度0.5mm/s，将经锻造处理后的稀土镁合金棒挤压为直径为5mm的稀土镁合金丝材；再拉拔成形，将挤压过的稀土镁合金丝材进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间1h，将经过退火处理的稀土镁合金丝材进行拉拔处理，拉拔温度为370℃，保温时间0.4h，拉拔道次为10～30道次，并且每进行3～12道次后进行退火，然后继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为3.2mm；对焊连接及热处理，将直径3.2mm的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率12％，顶锻压力15MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为480℃，退火时间0.5h；继续拉拔成形，将对焊退火后得到的丝材按照步骤S2的工艺继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为1.22mm；最后进行扒皮处理：待加工的镁合金丝缠绕在放线组件上，经过第一压轮组辊压后进入直径1.2mm扒皮模具中进行扒皮，扒皮之后通过拉丝机滚筒收回。
第二组：配料成份(烧损后)为：钆Gd：9.0％，钇Y：4.0％，锌Zn：1.5％，锆Zr：0.4％，首先，挤压成形，挤压模具预热温度490℃，保温1h，镁合金棒预热温度470℃，保温6h，挤压速度0.5mm/s，将经锻造处理后的稀土镁合金棒挤压为直径为5mm的稀土镁合金丝材；再拉拔成形，将挤压过的稀土镁合金丝材进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间1h，将经过退火处理的稀土镁合金丝材进行拉拔处理，拉拔温度为370℃，保温时间0.4h，拉拔道次为10～30道次，并且每进行3～12道次后进行退火，然后继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为3.2mm；对焊连接及热处理，将直径3.2mm的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率12％，顶锻压力15MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为480℃，退火时间0.5h；继续拉拔成形，将对焊退火后得到的丝材按照步骤S2的工艺继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为1.22mm；最后进行扒皮处理：待加工的镁合金丝缠绕在放线组件上，经过第一压轮组辊压后进入直径1.2mm扒皮模具中进行扒皮，扒皮之后通过拉丝机滚筒收回。
第三组：配料成份(烧损后)为：钆Gd：10.0％，钇Y：4.0％，锌Zn：1.5％，锆Zr：0.4％，首先，挤压成形，挤压模具预热温度490℃，保温1h，镁合金棒预热温度470℃，保温6h，挤压速度0.5mm/s，将经锻造处理后的稀土镁合金棒挤压为直径为5mm的稀土镁合金丝材；再拉拔成形，将挤压过的稀土镁合金丝材进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间1h，将经过退火处理的稀土镁合金丝材进行拉拔处理，拉拔温度为370℃，保温时间0.4h，拉拔道次为10～30道次，并且每进行3～12道次后进行退火，然后继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为3.2mm；对焊连接及热处理，将直径3.2mm的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率12％，顶锻压力15MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为480℃，退火时间0.5h；继续拉拔成形，将对焊退火后得到的丝材按照步骤S2的工艺继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为1.22mm；最后进行扒皮处理：待加工的镁合金丝缠绕在放线组件上，经过第一压轮组辊压后进入直径1.2mm扒皮模具中进行扒皮，扒皮之后通过拉丝机滚筒收回。
根据GB/T 228.1-2010室温拉伸测试的标准，对上述三组样品的直径3.2mm丝材的对焊接头退火前后力学性能分别进行3组测试，记录各例数据后取平均值，数据记入表1。
Figure BDA0003609962960000071
在本发明提供的稀土镁合金丝材制备方法中，在退火热处理后，对焊接头的延伸率超过15％，相比退火前对焊接头的延伸率大大提高，且在后续的拉拔成形过程中不会发生断裂，最终得到的丝材在后续的电弧增材过程中不会产生气孔，不会造成组织差异，具有广阔的应用前景。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供稀土镁合金丝材，稀土镁合金丝材直径为4.0～6.0mm；
S2：拉拔成形：将稀土镁合金丝材进行退火处理，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h，然后将经过退火处理的稀土镁合金丝材进行拉拔处理，拉拔温度为300～500℃，保温时间0～2h，拉拔道次为10～30道次，并且每进行3～12道次后进行退火，然后继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为2.0～4.0mm；
S3：对焊连接及热处理：将步骤S2得到的稀土镁合金丝材进行对焊连接，次级空载电压1～3V，暂载率8～20％，顶锻压力0～30MPa，将对焊后的丝材连接接头处打磨平整后进行退火，退火温度为300～500℃，退火时间0～2h；
S4：拉拔成形：将步骤S3得到的丝材按照步骤S2的工艺继续进行拉拔，直至稀土镁合金丝材的直径为1～1.5mm；
S5：扒皮处理：待加工的镁合金丝缠绕在放线组件上，经过第一压轮组辊压后进入直径1～1.5mm扒皮模具中进行扒皮，扒皮之后通过拉丝机滚筒收回，制得的稀土镁合金丝材可达千米以上。
2.根据权利要求1所述的适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法，其特征在于，所述稀土镁合金丝材，按质量百分比计，成分为：钆Gd：8.0～12.0％，钇Y：2.5～4.5％，锌Zn：0～4.0％，锆Zr：0.3～2.0％，其他单个杂质元素：≦0.1％，其他杂质元素合计：≦0.2％，余量为镁Mg。
3.根据权利要求1所述的适用于电弧增材制造的稀土镁合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11：提供稀土镁合金铸棒，所述稀土镁合金铸棒直径为150～200mm；
S12：锻造成形：将稀土镁合金铸棒进行锻造处理，预热温度300～500℃，保温时间6～12h，锻造温度300～500℃，锻造后的稀土镁合金棒直径为90～110mm；
S13：挤压成形：挤压模具预热温度400～520℃，保温1～6h，稀土镁合金棒预热温度300～500℃，保温1～12h，将经锻造处理后的稀土镁合金棒挤压为直径为4.0～6.0mm的稀土镁合金丝材。
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