CN101914712B - 一种高强镁合金厚板的挤压变形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强镁合金厚板的挤压变形工艺。合金成分为(w％)：Gd：6-13％，Y：2-6％，Zr：0.3-0.8％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。本发明采用镁合金半连续铸造坯料，挤压工艺具体步骤为为：将合金坯料经均匀化处理，快速冷却后去皮，加热挤压模具至340℃-450℃，加热合金坯料至350℃-460℃并保温1-3h，在1800T/3600T卧式油压机上进行挤压，挤压比为11-15。挤压后板材规格为：厚10mm-35mm，宽50mm-180mm，长度大于2000mm。挤压后等温时效，合金抗拉强度＞460MPa，屈服强度＞390MPa，延伸率＞3％。从而可满足交通运输工、通讯电子、航空航天等领域对高强度镁合金的需求，扩大镁合金的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉镁合金的挤压变形领域，特别涉及一种高强镁合金厚板的挤压变形工艺。
背景技术
镁合金是最轻的可用金属结构材料，具有低密度、高比强度、导热性好、减震能力强、易切削、可回收以及尺寸稳定等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。镁是地球上储量最丰富的元素之一，在很多重要金属趋于枯竭的今天，加速开发镁合金金属材料是实现可持续发展的重要措施之一。与铸造镁合金相比，变形镁合金具有优良的综合性能，更高的强度和塑、韧性，更适合于制作大型结构件和满足结构多样化的要求。镁合金在大型结构件上的应用是未来应用趋势，而我国大规格高强度变形镁合金材料还处于实验室研制阶段，现用镁合金强度均低于350MPa，缺少大规格高性能镁合金板材，尤其是强度在400MPa以上的镁合金板材目前我国还处于空白。
镁具有密排六方晶体结构，对称性低，轴比(c/a)值为1.623(接近理想的密排值1.633)，室温及低温下滑移系少，塑性变形能力差，强度低，严重限制了镁合金的应用。在所有的镁合金塑性变形方式中，挤压变形时材料受三向压应力，能最大限度发挥材料塑性，且在变形后能有效细化合金晶粒，使材料力学性能得到较大幅度的提高。从以上分析可以看出，研究开发强度大于400MPa的高强镁合金的挤压变形工艺，对生产高强度镁合金厚板有十分重要的工程应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种高强镁合金厚板的挤压变形工艺。通过设计大规格镁合金板材挤压模具，调节锭坯挤压温度、挤压模具温度、挤压速度及挤压比等工艺参数，寻求一种新的高强镁合金厚板的挤压变形工艺，经最终热处理后，使镁合金厚板的强度＞460MPa。
本发明高强镁合金由下述组分组成(wt％)：
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％，杂质≤0.10％，Mg：余量。
本发明挤压变形工艺，包括以下具体步骤：
(1)将镁合金坯料进行均匀化处理，快速冷却后去皮；
(2)加热挤压模具及挤压筒，其温度为340℃-450℃；
(3)将经过均匀化处理的镁合金坯料，在350℃-460℃温度下保温1-3h后，放入已加热的挤压筒中，在1800T/3600T卧式油压机上进行挤压(坯料规格在Φ210mm以下时在1800T卧式油压机上进行挤压，坯料规格在Φ210mm-310mm时在3600T卧式油压机上进行挤压)，挤压比为11-27；
(4)挤压后合金经220℃/20h等温时效处理。
镁合金挤压制品的力学性能受锭坯挤压温度、挤压模具温度、挤压速度、挤压比等条件的影响。增大挤压比可显著细化晶粒，而镁合金的强度及塑性受晶粒大小影响尤为明显，晶粒越小，其强度和延伸率越高。适当降低挤压温度可以避免再结晶晶粒长大，从而提高挤压制品的强度。本发明的特点在于：①在优化挤压速度、挤压温度及模具温度的基础上，通过利用大直径镁锭，增大了挤压比，从而获得了高强度的镁合金挤压厚板制品；②挤压时利用大规格板材模具挤压，通过配合热处理工艺获得抗拉强度大于460MPa的高强度镁合金厚板。
附图说明：
图1为挤压温度为450℃板材挤压态合金光学显微组织。(a)挤压态合金t×s面；(b)挤压态合金s×1面；(c)挤压态合金t×1面；
图2为挤压温度为340℃板材挤压态合金光学显微组织实。(a)挤压态合金t×s面；(b)挤压态合金s×1面；(c)挤压态合金t×1面；
图3为挤压板材示意图；
图4为宽150mm，厚20mm挤压板材宏观照片。
本发明通过调节上述参数，做了大量对比实验。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明构思前提下对本发明工艺进行改进，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式：
实施例1：
本实施例采用镁合金半连续铸造坯料(规格为：Φ210mm，长度大于5000mm)，挤压后板材规格为：宽150mm，厚20mm，长度为3000mm，挤压筒内径为205mm。
首先将镁合金坯料进行455℃/5h+545℃/15h的均匀化处理，快速冷却后去皮；接着加热挤压模具及挤压筒，其温度为450℃，然后将镁合金坯料加热至460℃保温2h后放入挤压筒中，在3600吨卧式油压机上进行挤压，挤压比为11；挤压态合金光学显微组织如图1所示，通过挤压纵截面光学显微组织可以看出，在挤压过程中发生了完全动态再结晶，且晶粒细小，晶粒尺寸约为13.5μm；挤压制品宏观图片如附图4所示；挤压产品经220℃/20h等温时效处理后根据GB/T228-2002进行力学性能测试，结果见表1。
实施例2：
本实施例采用镁合金半连续铸造坯料(规格为：Φ210mm，长度大于5000mm)，挤压后板材规格为：宽150mm，厚20mm，长度为3000mm，挤压筒内径为205mm。
首先将镁合金坯料进行455℃/5h+545℃/15h的均匀化处理，快速冷却后去皮；接着加热挤压模具及挤压筒，其温度为400℃，然后将镁合金坯料加热至390℃保温2h后放入挤压筒中，在3600吨卧式油压机上进行挤压，挤压比为11；挤压态合金光学显微组织如图1所示，通过挤压纵截面光学显微组织可以看出，在挤压过程中发生了完全动态再结晶，且晶粒细小，晶粒尺寸约为8μm，与实施例1相比晶粒更加细小；挤压制品宏观图片如附图4所示；挤压产品经220℃/20h等温时效处理后根据GB/T228-2002进行力学性能测试，结果见表2。
表1实施例1挤压板材室温拉伸力学性能
表2实施例2挤压板材室温拉伸力学性能
Claims (3)
1.一种高强镁合金厚板的挤压变形工艺，合金各成分的重量百分成分比为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％，杂质≤0.10％，其余为Mg，包括以下步骤：
a.将镁合金坯料进行均匀化处理，快速冷却后去皮；
b.加热挤压模具及挤压筒，使其温度保持在340℃-450℃；
c.将经过均匀化处理的镁合金坯料在350℃-460℃温度下保温1-3h后，放入预先加热的挤压筒中，在卧式油压挤压机上进行挤压，挤压比为11-17，挤压后板材规格为：厚10mm-35mm，宽50mm-180mm，长度大于2000mm；
d.挤压后合金经220℃/20h等温时效热处理。
2.根据权利要求1所述高强镁合金厚板挤压变形工艺，其特征在于：所用坯料为镁合金半连续铸造坯料，规格为Φ97-310mm，长度大于5000mm。
3.根据权利要求1所述高强镁合金厚板挤压变形工艺，其特征在于：坯料规格在Φ210mm以下时在1800T卧式油压机上进行挤压，坯料规格在Φ210mm-310mm时在3600T卧式油压机上进行挤压。
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