專利名稱：一種高強(qiáng)耐熱鎂合金的鍛造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐熱鎂合金的熱變形領(lǐng)域，特別涉及Mg-Gd-Y系鎂合金高溫鍛造變形領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是實(shí)用金屬中密度最低的金屬，具有比強(qiáng)度高、比剛度好、抗震減噪性能好等特點(diǎn)，是較為理想的金屬結(jié)構(gòu)材料。目前鎂合金產(chǎn)品主要以壓鑄件為主，高性能的鍛件應(yīng)用很少。其主要原因是鎂合金常溫塑性差，對(duì)變形速率敏感，鍛造成型困難。鎂合金晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，常溫下可開動(dòng)的滑移系較少，塑性變形能力差。自由鍛造的應(yīng)變狀態(tài)是一向壓縮兩相延伸，這對(duì)發(fā)揮鎂合金的塑性不利。所以鎂合金鍛造時(shí)應(yīng)精確地控制變形速度、變形率及其它工藝參數(shù)。目前對(duì)鍛造鎂合金的研究主要集中在如何合理的控制組織、細(xì)化晶粒及適當(dāng)?shù)目刂茰囟确秶c變形速率等方面以提高或改善鎂合金的塑性變形能力。目前用于鍛造的鎂合金體系有Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Th系、 Mg-Re-Zr系等。其中Mg-Mn系、Mg-Al-Si系、Mg-Silr系研究比較廣泛，已經(jīng)部分投入使用。Mg-Re-^ 系鎂合金具有較高的強(qiáng)度與耐熱性能，受到了廣泛的關(guān)注。在Mg-Re-^ 中 Mg-Gd-Y-^ 系性能突出，研究報(bào)道較多，大多數(shù)集中在擠壓，軋制等變形中，還沒有對(duì)其鍛造變性進(jìn)行研究。本專利針對(duì)這一實(shí)際問題，對(duì)Mg-Gd-Y-^ 系高強(qiáng)耐熱鎂合金，探索出一套合理的鍛造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種高強(qiáng)耐熱鎂合金的鍛造方法。彌補(bǔ)目前在該系合金鍛造工藝上的不足。本發(fā)明提出的鍛造方法是
1.采用半連續(xù)鑄造方法制備鎂合金鑄錠，其成分(Wt. %)為Gd 6 13%，Y :2 6%， Zr 0. 3 0. 8%, Cu ( 0. 001%, Ni ( 0. 001%, Fe ( 0. 015%, Si ( 0. 01%, Mn ( 0. 005%，余量為Mg ；規(guī)格為Φ200ι πι Φ400ι πι，長(zhǎng)度彡3000mm ；均勻化處理。2.設(shè)定溫度400°C 530°C加熱坯料，保溫2h 3h。3.對(duì)上下平砧進(jìn)行加熱，溫度為420°C 550°C。上下平砧加熱溫度比坯料加熱溫度高20°C 50°C。4.在立式液壓機(jī)上進(jìn)行慢速多道次高溫鍛造，液壓機(jī)的空載速度在8mm/s。鎂合金塑性成形對(duì)變形速度敏感，較快的變形速度會(huì)導(dǎo)致開裂。而較慢的鍛造速度不利于鎂合金的保溫；但有利于鎂合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在鎂合金加工過程中起到很好的軟化作用，有助于鎂合金的鍛造成形，所以要合理選擇鍛造速度。5.鍛造道次壓下量為40% 60%;每2 3道次后進(jìn)行回爐退火，退火時(shí)間為 0. 5h lh。6.進(jìn)行單向鍛造、兩向鍛造和三向鍛造。
7.鍛造后時(shí)效處理，可以有效的提高鎂合金的性能。時(shí)效工藝為200°C保溫72h。 常溫抗拉強(qiáng)度彡450Mpa,屈服強(qiáng)度彡410Mpa，延伸率彡3% ；250°C時(shí)，抗拉強(qiáng)度彡320MPa,延伸率> 12% ο8.該鍛造方法還可以作為一種鎂合金的開坯方法，以改善鑄態(tài)組織，為后續(xù)塑性成型做準(zhǔn)備。如果作為開坯方法，則不需要進(jìn)行時(shí)效處理。鎂合金的熱變形特點(diǎn)是變形溫度區(qū)間窄，本發(fā)明者經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究最終找到該合金的熱鍛造溫度區(qū)間400°C 530°C。鎂合金常溫下可開動(dòng)的滑移系較少，變形能力差，所以鎂合金變形多為熱變形。鎂合金鍛造變形時(shí)要對(duì)上下平砧或模具進(jìn)行加熱，在以往的研究中對(duì)這一溫度給出都比較模糊，本專利在大量探索實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得出上下平砧加熱溫度比坯料加熱溫度高20°C 50°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)、本發(fā)明彌補(bǔ)了該系高強(qiáng)耐熱鎂合金鍛造工藝上的空白。(2)、該鍛造方法顯著提高了該鎂合金的鍛造性能。鍛造后該合金晶粒細(xì)小，組織均勻，力學(xué)性能優(yōu)越。鍛后時(shí)效，常溫下，抗拉強(qiáng)度> 450Mpa，屈服強(qiáng)度> 410Mpa，延伸率彡3% ;250°C時(shí)，抗拉強(qiáng)度彡300 Mpa，延伸率彡12%。(3)、變形溫度高，變形溫度較高有利于開動(dòng)鎂合金的棱柱面滑移系，發(fā)揮鎂合金的高溫塑性；同時(shí)溫度較高，鎂合金熱加工過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與動(dòng)態(tài)回復(fù)容易發(fā)生，起到良好的軟化效果。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶還可以改善組織，細(xì)化晶粒。具體實(shí)施方法 實(shí)施例1 單向鍛造
本實(shí)施例中采用半連續(xù)鑄造方法制備鎂合金錠坯，均勻化處理。加熱坯料到500°C保溫池。加熱上下平砧，溫度為520°C。然后在液壓機(jī)上進(jìn)行單向鍛造。鍛造過程中在上下平砧表面均勻涂撒石墨粉作潤(rùn)滑劑。液壓機(jī)的空載速度為8mm/s。壓下量>70%。鍛造后時(shí)效，時(shí)效工藝為200°C保溫72h。鍛后力學(xué)性能，時(shí)效后力學(xué)性能以及250°C時(shí)力學(xué)性能見表(1)
實(shí)施例2:兩向鍛造
本實(shí)施例中采用半連續(xù)鑄造方法制備鎂合金錠坯，均勻化處理。加熱坯料到450°C保溫池。加熱上下平砧，溫度為470°C。然后在液壓機(jī)上進(jìn)行兩向鍛造。道次壓下量為40% 60%，2 3道次后退火，退火溫度為450°C，退火時(shí)間0. 5h，累積鍛壓12道次。坯料原始尺寸為鍛造過程中在上下平砧表面均勻涂撒石墨粉作潤(rùn)滑劑，液壓機(jī)的空載速度8mm/s。鍛造后時(shí)效，時(shí)效工藝為200°C保溫72h。鍛后力學(xué)性能，時(shí)效后力學(xué)性能以及250°C時(shí)力學(xué)性能見表(1)
實(shí)施例3:三向鍛造
本實(shí)施例中采用半連續(xù)鑄造方法制備鎂合金錠坯，均勻化處理。加熱坯料到530°C保溫池。加熱上下平砧，溫度為550°C。然后在液壓機(jī)上進(jìn)行三向鍛造，道次壓下量為40% 60%，2 3道次后退火，退火溫度為530°C，退火時(shí)間lh，累積鍛壓18道次。鍛造過程中在上下平砧表面均勻涂撒石墨粉作潤(rùn)滑劑。液壓機(jī)的空載速度8mm/s。鍛造后時(shí)效，時(shí)效工藝為200°C保溫72h。鍛后力學(xué)性能，時(shí)效后力學(xué)性能以及250°C時(shí)力學(xué)性能見表(1) 表(1)鍛造后鎂合金力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)耐熱鎂合金的鍛造方法，鎂合金質(zhì)量百分成分為Gd 6 13%，Y :2 6%， Zr 0. 3 0. 8%, Cu ( 0. 001%, Ni ( 0. 001%, Fe ( 0. 015%, Si ( 0. 01%, Mn ( 0. 005%，其余為Mg，具體包括以下步驟A.采用半連續(xù)鑄造方法制備鎂合金鑄錠，規(guī)格為Φ200πιπι Φ400mm，長(zhǎng)度>3000mm; 均勻化處理；B.在400°C 530°C加熱坯料，保溫2h 3h;C.對(duì)上下平砧進(jìn)行加熱，溫度為420°C 550°C；D.在液壓機(jī)上進(jìn)行慢速多道次高溫鍛造，鍛造道次壓下量為40% 60%；每2 3道次后進(jìn)行回爐退火，退火時(shí)間為0. 5h lh。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種高強(qiáng)耐熱鎂合金鍛造方法，其特征在于B步驟的坯料加熱溫度為450°C 530°C。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種高強(qiáng)耐熱鎂合金鍛造方法，其特征在于上下平砧加熱溫度比坯料加熱溫度高20°C 50°C，上下平砧加熱溫度為470°C 550°C。
全文摘要
本專利公開了一種高強(qiáng)耐熱鎂合金的鍛造方法。該鍛造方法具體步驟為制備坯料；加熱坯料保溫；加熱上下平砧；配合中間退火工藝，在液壓機(jī)上進(jìn)行多道次鍛造；鍛后時(shí)效處理。鍛造后鎂合金組織均勻、晶粒細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)越。時(shí)效后，常溫抗拉強(qiáng)度≥450MPa，屈服強(qiáng)度≥410Mpa，延伸率≥3%；250℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度≥320MPa，延伸率≥12%。該方法充分發(fā)揮了鎂合金的高溫塑性，并顯著提高了鎂合金的使用性能。
文檔編號(hào)C22F1/06GK102312143SQ20111030813
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者萬迎春, 劉楚明, 肖宏超, 舒心, 鄒利民 申請(qǐng)人:中南大學(xué)