一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法技術

本發明專利技術涉及一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法，屬于有色金屬加工工藝技術領域，本發明專利技術的方法實現了特厚鎂合金鍛件晶粒尺寸的細化，使其兼顧高強度和高韌性，將其應用于戰略導彈的構件制造，該方法的成功實施，對于戰略導彈的結構減重起到了重要的技術支撐作用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法，屬于有色金屬加工工藝
，該種鍛件的厚度為150mm以上，晶粒尺寸小于10μm，高強韌是指鎂合金鍛件厚度方向的力學性能抗拉強度不低于310MPa，厚度方向延伸率不低于5％。
技術介紹
隨著戰略導彈武器裝備對減重需求的日益迫切，采用原有的結構材料進行優化設計已經很難達到大幅度結構減重的目標，而采用新型鎂合金部分代替原有的鋁合金材料，可以實現大幅度降低導彈結構重量的目的，從而可以進一步提高導彈的射程與機動飛行能力等各項性能指標，產生顯著的軍事效益。高強鎂合金的密度約為鋁合金的70％左右，能夠大幅度實現航天型號的結構減重。部分航天型號的主承力構件對大尺寸特厚高強鎂合金鍛件提出了需求，如支座類零件屬于特厚結構，其厚度達到了173mm，但特厚高強鎂合金鍛件研制存在的問題制約了鎂合金材料的應用。主要問題為：1.通常，鎂合金屬于密排六方晶體結構，其滑移系較少，決定了鎂合金的塑性加工能力較差，加之，高強鎂合金屬于合金元素含量較高的鎂合金，相比常規鎂或鎂合金，其塑性能力更差。因此，高強鎂合金特厚鍛件的成形溫度工藝窗口窄，鍛造過程中存在開裂的問題；2.小規格鎂合金材料均具有優良的力學性能，主要原因是通過塑性加工易于制備細晶組織，但其組織性能存在明顯的“放大效應”，由于變形溫度和變形量不易于控制，大規格鍛件的晶粒易長大粗化，導致其力學性能偏低。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法，該方法制備的鎂合金鍛件兼具高強度與高韌性，滿足了戰略導彈構件對于特厚高強韌鎂合金鍛件的迫切需求。本專利技術的技術解決方案是：一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法，該方法的步驟包括：(1)對毛坯鑄錠進行雙級均勻化處理，雙級均勻化處理的過程為：首先在300～350℃下進行固溶處理，保溫6～8h，然后在390～410℃下保溫24～26h，保溫結束后自然冷卻到室溫；(2)對步驟(1)處理后的毛坯鑄錠進行擠壓處理，采用立式擠壓機對毛坯鑄錠進行擠壓，在擠壓之前首先對模具進行加熱，當模具溫度為300～350℃時開始進行擠壓，擠壓比7～10，獲得了擠壓圓棒；(3)對步驟(2)得到的擠壓圓棒進行三向鍛造處理，三向鍛造的處理過程為：首先，對擠壓圓棒進行加熱，當擠壓圓棒的溫度達到250-350℃時，對擠壓圓棒沿著中心軸進行鐓粗變形，變形量為50％-60％，然后將擠壓圓棒轉動90°，對擠壓圓棒沿著與中心軸垂直的方向進行鐓粗變形，變形量為50％-60％，最后，再將擠壓圓棒轉動90°，對擠壓圓棒沿著與中心軸垂直的方向進行鐓粗變形，變形量為50％-60％，得到擠壓件；(4)對步驟(3)三向鍛造處理后的擠壓件進行拔長處理，拔長方向沿著中心軸的方向進行拔長，拔長共分兩次進行，第一次拔長量的控制方法為：使得擠壓件在與中心軸垂直的方向的下壓量為20％-30％，第二次拔長量的控制方法為：通過限位塊控制下壓量使得擠壓件在與中心軸垂直的方向的下壓量為20％-30％，以保證比最終鍛件的厚度為190～200mm；(5)拔長處理完成后對得到的產品進行整形校直，整形校直完成以后，將產品投入到溫度為20-30℃的水中進行淬火處理，淬火的時間為30～35min；(6)淬火處理完成后將淬火后的產品放入溫度為175～190℃熱處理爐中進行時效處理，時效處理的時間為10～12h，時效處理完成后出爐空冷，最終制備得到特厚細晶高強韌鎂合金鍛件。所述的特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的厚度為150mm以上。所述的特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的晶粒尺寸小于10μm。有益效果(1)本專利技術的方法通過均勻化處理的手段使得合金元素固溶入基體中，大幅度提高了合金的塑性變形能力，并提高了合金力學性能的均勻性。擠壓聯合多向鍛造的復合塑性加工技術能夠充分細化晶粒，保證變形組織和力學性能的均勻性。校直工序減小了最終鍛件的外形尺寸誤差。淬火處理及隨后的時效處理，通過過飽和固溶體的等溫析出進一步提高了材料的室溫及高溫力學性能。所有技術手段的綜合運用最終得到了尺寸規格合于要求、表面及內部無裂紋、組織均勻、力學性能優良的高強細晶鎂合金特厚鍛件，其晶粒尺寸約5μm，實現了大尺寸特厚(180mm)高強鎂合金鍛件的細晶化。依據GB/T228-2002測量的鍛件的力學性能如表1所示。(2)本專利技術的方法實現了特厚鎂合金鍛件晶粒尺寸的細化，使其兼顧高強度和高韌性，將其應用于戰略導彈的構件制造，該方法的成功實施，對于戰略導彈的結構減重起到了重要的技術支撐作用。(3)一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的制造方法，鑄錠放入加熱爐中進行均勻化熱處理；鑄錠出爐進行擠壓開坯，擠壓轉移時間不超過1min；首先中溫鍛造，沿擠壓圓棒坯料中心軸進行鐓粗變形，變形量為50％-60％；其次三向鍛造，最后進行拔長處理，拔長方向垂直于原始中心軸方向；拔長完成后進行整形校直，整形完成以后，進行余熱淬火處理；隨后，將淬火的鍛件進行時效處理，時效完成后出爐空冷；最終得到的鍛件經機械加工處理得到合于尺寸要求的標準板材。擠壓開坯能夠閉合鑄錠中的縮孔缺陷，改善鑄錠組織并提高其工藝塑性，獲取具有優良鍛造工藝性的鍛造用坯料。通過三向鍛造前先進行徑向鐓粗變形處理和拔長方向垂直于原坯料的中心軸方向的變形方式增加變形量的同時，弱化性能不均勻問題，提高厚鍛件性能不均勻。(4)針對目前國內并不具備生產高強韌特厚鍛件的技術方法的現狀，本專利技術的方法提供了一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的制造方法，實現了鎂合金特厚鍛件的成形，且兼顧高強度與高韌性，并將其應用于戰略導彈的構件制造，對于戰略導彈的結構減重起到了至關重要的技術支撐作用。其特征在于采用雙級均勻化處理的手段使合金元素固溶入基體中使合金的工藝塑性與力學性能均勻性均得以提高，擠壓開坯獲得了兼顧優良工藝塑性與細晶組織的鍛造用毛坯料，設計了中溫鍛造工藝，充分細化特厚鍛件中的晶粒尺寸，同時結合擠壓方向制定拔長路徑有效弱化了材料的各向異性。優化的淬火處理及時效處理制度，通過過飽和固溶體的等溫析出進一步提高了材料的室溫及高溫力學性能。附圖說明圖1a為本專利技術的方法過程中鑄錠的示意圖；圖1b為本專利技術的方法過程中擠壓件的示意圖；圖1c為本專利技術的方法過程中鐓粗的示意圖；圖1d為本專利技術的方法過程中第一次鍛造變形的示意圖；圖1e為本專利技術的方法過程中第二次鍛造變形的示意圖；圖1f為本專利技術的方法過程中第三次鍛造變形的示意圖；圖1g為本專利技術的方法過程中三向鍛造后鍛件的示意圖；圖1h為本專利技術的方法過程中鍛件800×600×180的示意圖；圖2為本專利技術的方法制備的鍛件的金相組織結構圖。具體實施方式以800mm×600mm×180mm高強耐熱鎂合金板材為例，其加工步驟為：1、雙級均勻化處理；2、擠壓開坯；3、擠壓圓棒坯料高向鐓粗；4、三向鍛造，拔長處理；5、整形校直，淬火處理；6、時效處理；其雙級均勻化熱處理參數為：首先在300±5℃保溫6h，然后加熱到390±5℃保溫24h。均勻化熱處理后，鑄錠隨爐冷卻至室溫。再對鑄錠進行擠壓開坯，擠壓溫度約為320℃。隨后進行鐓粗變形，沿著擠壓毛坯料中心軸方向鐓粗。鐓粗后進行三向鍛造，其工藝過程為：在油壓機上進行鍛造，上下墊板的加熱溫度為260℃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法，其特征在于該方法的步驟包括：(1)對毛坯鑄錠進行雙級均勻化處理，雙級均勻化處理的過程為：首先在300～350℃下進行固溶處理，保溫6～8h，然后在390～410℃下保溫24～26h，保溫結束后自然冷卻到室溫；(2)對步驟(1)處理后的毛坯鑄錠進行擠壓處理，采用立式擠壓機對毛坯鑄錠進行擠壓，在擠壓之前首先對模具進行加熱，當模具溫度為300～350℃時開始進行擠壓，擠壓比7～10，獲得了擠壓圓棒；(3)對步驟(2)得到的擠壓圓棒進行三向鍛造處理，三向鍛造的處理過程為：首先，對擠壓圓棒進行加熱，當擠壓圓棒的溫度達到250?350℃時，對擠壓圓棒沿著中心軸進行鐓粗變形，變形量為50％?60％，然后將擠壓圓棒轉動90°，對擠壓圓棒沿著與中心軸垂直的方向進行鐓粗變形，變形量為50％?60％，最后，再將擠壓圓棒轉動90°，對擠壓圓棒沿著與中心軸垂直的方向進行鐓粗變形，變形量為50％?60％，得到擠壓件；(4)對步驟(3)三向鍛造處理后的擠壓件進行拔長處理，拔長方向沿著中心軸的方向進行拔長，拔長共分兩次進行，第一次拔長量的控制方法為：使得擠壓件在與中心軸垂直的方向的下壓量為20％?30％，第二次拔長量的控制方法為：通過限位塊控制下壓量使得擠壓件在與中心軸垂直的方向的下壓量為20％?30％，以保證比最終鍛件的厚度為190～200mm；(5)拔長處理完成后對得到的產品進行整形校直，整形校直完成以后，將產品投入到溫度為20?30℃的水中進行淬火處理，淬火的時間為30～35min；(6)淬火處理完成后將淬火后的產品放入溫度為175～190℃熱處理爐中進行時效處理，時效處理的時間為10～12h，時效處理完成后出爐空冷，最終制備得到特厚細晶高強韌鎂合金鍛件。...

【技術特征摘要】
1.一種特厚細晶高強韌鎂合金鍛件的成形方法，其特征在于該方法的步驟包括：(1)對毛坯鑄錠進行雙級均勻化處理，雙級均勻化處理的過程為：首先在300～350℃下進行固溶處理，保溫6～8h，然后在390～410℃下保溫24～26h，保溫結束后自然冷卻到室溫；(2)對步驟(1)處理后的毛坯鑄錠進行擠壓處理，采用立式擠壓機對毛坯鑄錠進行擠壓，在擠壓之前首先對模具進行加熱，當模具溫度為300～350℃時開始進行擠壓，擠壓比7～10，獲得了擠壓圓棒；(3)對步驟(2)得到的擠壓圓棒進行三向鍛造處理，三向鍛造的處理過程為：首先，對擠壓圓棒進行加熱，當擠壓圓棒的溫度達到250-350℃時，對擠壓圓棒沿著中心軸進行鐓粗變形，變形量為50％-60％，然后將擠壓圓棒轉動90°，對擠壓圓棒沿著與中心軸垂直的方向進行鐓粗變形，變形量為50％-60％，最后，再將擠壓圓棒轉動90°，對擠壓圓棒沿著與中心軸垂直的方向進行鐓粗變形，變形量為50％-60％，得到擠壓件；(4)對步驟(3)三向鍛造處理后的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張帆，陰中煒，張景琪，姚草根，單群，
申請(專利權)人：航天材料及工藝研究所，中國運載火箭技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11