一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，特別涉及一種Mg-Al-Zn系的變形鎂合金鍛件的熱處理工藝。本發(fā)明的實(shí)施方案為：將壁厚為30-100mm、、直徑Φ≥680mm，最大水平投影面積≥0.4m2的大尺寸變形鎂合金鍛件在80℃-100℃，保溫36-48小時(shí)后，以15-30℃/h的升溫速率升溫至160-180℃，保溫15-20小時(shí)，冷卻至室溫，得到大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件，所述鎂合金鍛件以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組成元素：Al8.2～8.5；Zn0.4～0.5；Mn0.2～0.25；Cu≦0.05；Ni≦0.005；Si≦0.15；Be≦0.02；Fe≦0.05；其他雜質(zhì)≦0.3；余量為Mg。本發(fā)明制備的大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件可滿足交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域零部件的使用要求，并且制備工藝簡單易行，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】—種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，特別涉及一種Mg-Al-Zn系的大尺寸變形鎂合金鍛件的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]Mg-Al-Zn系合金是比較常用的變形鎂合金，其價(jià)格低廉，是比較適合于廣泛應(yīng)用的鎂合金材料，該系列合金不僅可以進(jìn)行塑形變形，而且具有時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)，對變形合金進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理可使其力學(xué)性能得到大幅 度提高。模鍛具有生產(chǎn)效率較高，能成形形狀復(fù)雜的鍛件，鍛件尺寸精確，充分利用材料，減少加工余料和提高材料強(qiáng)度及塑性等優(yōu)點(diǎn)。鎂合金熱處理通常采用T5和T6熱處理，T5為鑄造或加工成形后直接進(jìn)行人工時(shí)效，T6為鑄造或加工成形后先進(jìn)行固溶處理再進(jìn)行人工時(shí)效。研究表明對變形態(tài)Mg-Al-Zn系合金進(jìn)行T5或T6熱處理可以極大的提高其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度。
[0003]對于模鍛件而言，采用T6處理雖然可以得到較高的強(qiáng)度，但對于形狀復(fù)雜的大型模鍛件在時(shí)效前進(jìn)行固溶淬火處理時(shí)可能會導(dǎo)致零件發(fā)生變形或者淬火開裂，從而使零件報(bào)廢。因而對于大型模鍛件，尤其是形狀復(fù)雜，存在壁厚差異的模鍛件，更適合于采用T5熱處理。需要注意的是，對于形狀復(fù)雜，壁厚不均的大尺寸零件在T5處理時(shí)，由于模鍛時(shí)存在各處變形量不同的現(xiàn)象，使得零件內(nèi)部各處的應(yīng)力儲能不同。在單一溫度下時(shí)效會導(dǎo)致不同位置強(qiáng)化相析出的先后順序及尺寸不同，即變形儲能大的位置優(yōu)先析出，當(dāng)變形儲能小的位置達(dá)到時(shí)效峰值時(shí)，變形儲能大的位置已經(jīng)發(fā)生過時(shí)效，導(dǎo)致各處性能不均。
[0004]目前，采用多級時(shí)效制度處理形狀復(fù)雜、存在壁厚差異的模鍛件的工藝在相關(guān)文獻(xiàn)中未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝。
[0006]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其實(shí)施方案為:將大尺寸變形鎂合金鍛件在80°C -100°C，保溫36-48小時(shí)后，以15_30°C /h的升溫速率升溫至160-180°C，保溫15-20小時(shí)，冷卻至室溫。
[0007]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其優(yōu)選實(shí)施方案為:在900C _100°C，時(shí)效處理大尺寸變形鎂合金鍛件40-45小時(shí)后，以20_30°C /h的升溫速率升溫至160-180°C，保溫15-20小時(shí)，冷卻至室溫。
[0008]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，所述大尺寸變形鎂合金鍛件的壁厚為30_100mm、直徑Φ≥680mm,最大水平投影面積≥0.4m2。
[0009]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，所述大尺寸變形鎂合金鍛件是存在壁厚差異的模鍛件。
[0010]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，所述大尺寸變形鎂合金鍛件以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分:
[0011]Al 8.2-8.5%, Zn 0.4-0.5%, Mn 0.2-0.25%、Cu ≤ 0.05%、Ni ≤ 0.005%、Si ≤ 0.15%、Be ≤ 0.02%、Fe ≤ 0.05%、其他雜質(zhì)蘭 0.3%，余量為 Mg。
[0012]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，熱處理后的大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的力學(xué)性能如下:
[0013]橫向抗拉強(qiáng)度為356MPa_389.7MPa ;橫向屈服強(qiáng)度為249.5MPa_290.3MPa ;縱向抗拉強(qiáng)度為 282.5MPa-290.6MPa ;縱向屈服強(qiáng)度為 187.8MPa_192.5MPa。
[0014]本發(fā)明一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，所述大尺寸變形鎂合金鍛件是通過下述方法制備的:
[0015]取直徑> 670mm的大尺寸鎂合金鍛餅按設(shè)計(jì)的毛坯尺寸機(jī)加工成毛坯后，加熱至380-430°C，保溫3-6h后在380-430°C下進(jìn)行一次等溫模鍛成型，得到鍛件，取出鍛件后冷卻，得到成品；所述大尺寸鎂合金鍛餅的平均晶粒粒度S 15μπι，等軸晶粒數(shù)與總晶粒數(shù)的比值≥0.95 ;等溫模鍛時(shí)，上模的下行速度為0.05-0.2mm/s，上模下行的時(shí)間為10_30min，壓力為35000-40000kN，成型后保壓30_40min ；;等溫模鍛所用模具與模座基準(zhǔn)面的配合間隙=0.2mm ;模具的溫度與毛坯的加熱溫度相等；鍛件的冷卻速度為100-150°C /min ;所述毛坯內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔、夾雜的缺陷。
[0016]本發(fā)明一種一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，所述大尺寸鎂合金鍛餅是以內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔、夾雜的缺陷的鑄造鎂合金錠通過下述步驟加工而成的:
[0017]步驟一
[0018]將均勻化熱處理后的鑄造鎂合金錠加熱到400-430 °C，保溫6_10h后，在400-430°C進(jìn)行墩粗，拔長，墩粗的鍛造比為1.5-2 ;拔長的鍛造比為:1.02-1.05，墩粗、拔長時(shí)，其變形速度均為12-16mm/s ;所述鑄造鎂合金圓柱錠的直徑為250mm-350mm，高徑比的范圍在1.5-1.85 ;所述拔長為12-16面碾壓拔長；所述均勻化熱處理是將所述鑄造鎂合金錠以20-25°C /min的升溫速率升溫至320_350°C后再以12-27°C /h的升溫速率升溫至410-430°C，保溫20-30h，然后以2_10°C /min的冷卻速度冷卻至室溫；
[0019]步驟二
[0020]重復(fù)步驟一中的加熱、保溫、墩粗、拔長工藝，直至鎂合金鍛坯直徑大于等于670_，得到大尺寸鎂合金鍛餅；重復(fù)步驟中，每次保溫、墩粗的溫度較前一次保溫、墩粗的溫度低10_20°C。
[0021]原理和優(yōu)勢
[0022]1.本發(fā)明采用雙級時(shí)效制度，先在在80°C -100°C低溫長時(shí)間時(shí)效處理大尺寸變形鎂合金鍛件36-48小時(shí)，這不僅消除了變形不均導(dǎo)致的儲能不均，起到變形儲能均質(zhì)退火的作用，同時(shí)低的時(shí)效溫度下，析出強(qiáng)化相未達(dá)到析出所需的驅(qū)動力，處于析出孕育期。然后以15-30°C /h的升溫速率緩慢升溫至析出溫度，緩慢升溫的過程可以保證零件各處的受熱均勻，以至析出時(shí)實(shí)現(xiàn)各位置的均勻析出，最終實(shí)現(xiàn)提高材料力學(xué)性能的目的。
[0023]2.本發(fā)明將加工成形后的鍛件直接進(jìn)行人工時(shí)效，未經(jīng)固溶處理，這就防止了鍛件在淬火過程中開裂。
[0024]3.本發(fā)明所制備的大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的力學(xué)性能優(yōu)越，其橫向抗拉強(qiáng)度為356MPa-389.7MPa ;橫向屈服強(qiáng)度為249.5MPa_290.3MPa ;縱向抗拉強(qiáng)度為282.5MPa-290.6MPa ;縱向屈服強(qiáng)度為187.8MPa-192.5MPa。與現(xiàn)有熱處理技術(shù)所制備的變形鎂合金鍛件相比較，其橫向抗拉強(qiáng)度、橫向屈服強(qiáng)度、縱向抗拉強(qiáng)度、縱向屈服強(qiáng)度以及延伸率均有提高。
[0025]4.本發(fā)明工藝簡單，安全可靠，所采用的設(shè)備均為常規(guī)電阻爐?？捎糜谔幚硇螤顝?fù)雜的變形鎂合金鍛件。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面參考附表結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，應(yīng)該說明的是這些實(shí)例是用于本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下范圍。
[0027]實(shí)施例和對比例中鍛件最厚處、最薄處的力學(xué)性能參考國標(biāo)GBT228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)室溫試驗(yàn)方法，在微機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸。
[0028]實(shí)施例中的鎂合金以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分:A1 8.2-8.5%、Zn 0.4-0.5%、Mn 0.2-0.25%, Cu ≥0.05%,Ni ≥0.005%, Si ≥0.15%, Be ≥0.02%,Fe ≥0.05%、其他雜質(zhì)≥0.3%，余量為Mg。
[0029]實(shí)施例中，所述大尺寸變形鎂合金鍛件是通過下述方法制備的:
[0030]取直徑≥670mm的大尺寸鎂合金鍛餅按設(shè)計(jì)的毛坯尺寸機(jī)加工成毛坯后，加熱至380-430°C，保溫3-6h后在380_430°C下進(jìn)行一次等溫模鍛成型，得到壁厚為30-100mm ；直徑Φ > 680mm，最大水平投影面積> 0.4m2的，存在壁厚差異的大尺寸鎂合金鍛件，取出鍛件后冷卻，得到成品；所述大尺寸鎂合金鍛餅的平均晶粒粒度S 15μπι，等軸晶粒數(shù)與總晶粒數(shù)的比值≥0.95 ;等溫模鍛時(shí)，上模的下行速度為0.05-0.2mm/s,上模下行的時(shí)間為10-30min，壓力為35000-80000kN，成型后保壓30_40min ；;等溫模鍛所用模具與模座基準(zhǔn)面的配合間隙S 0.2mm ;模具的溫度與毛坯的加熱溫度相等；鍛件的冷卻速度為100-150°C /min ;所述毛坯內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔、夾雜的缺陷。檢測大尺寸變形鎂合金鍛件的力學(xué)性能，其檢測值如表I所示。
[0031]所述大尺寸鎂合金鍛餅是以內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔、夾雜的缺陷的鑄造鎂合金錠通過下述步驟加工而成的:
[0032]步驟一
[0033]將均勻化熱處理后的鑄造鎂合金錠加熱到400-430 °C，保溫6_10h后，在400-430°C進(jìn)行墩粗，拔長，墩粗的鍛造比為1.5-2;拔長的鍛造比為:1.02-1.05，墩粗、拔長時(shí)，其變形速度均為12-16mm/s ;所述鑄造鎂合金圓柱錠的直徑為250mm-350mm,高徑比的范圍在1.5-1.85 ;所述拔長為12-16面碾壓拔長；墩粗、拔長時(shí)，下壓的壓力為20000-30000KN ;所述均勻化熱處理是將所述鑄造鎂合金錠以20-25°C /min的升溫速率升溫至320-350°C后再以12-27°C /h的升溫速率升溫至410_430°C，保溫20_30h，然后以2-10°C /min的冷卻速度冷卻至室溫；
[0034]步驟二
[0035]重復(fù)步驟一中的加熱、保溫、墩粗、拔長工藝，直至鎂合金鍛坯直徑大于等于670_，得到大尺寸鎂合金鍛餅；重復(fù)步驟中，每次保溫、墩粗的溫度較前一次保溫、墩粗的溫度低10_20°C。
[0036]實(shí)施例1:[0037]本實(shí)施例以大尺寸變形鎂合金鍛件為原料；所述大尺寸變形鎂合金鍛件為鎂-鋁-鋅系變形鎂合金鍛件，各元素質(zhì)量百分比為:A18.2-8.5 ；Zn0.4-0.5 ；Mn0.2-0.25 ；Cu 0.05 ；Ni 0.005 ；Si 0.15 ；Be 0.02 ；Fe 0.05 ;其他雜質(zhì)蘭 0.3 ;余量為 Mg。
[0038]將大尺寸變形鎂合金鍛件冷爐裝料，升溫至100°C時(shí)效處理38小時(shí)，然后設(shè)定溫度170°C，升溫時(shí)間為4小時(shí)，升至170°C后保溫15小時(shí)，最終空冷至室溫，得到大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]本實(shí)施例以大尺寸變形鎂合金鍛件為原料；所述大尺寸變形鎂合金鍛件為鎂-鋁-鋅系變形鎂合金鍛件，各元素質(zhì)量百分比為:A18.2-8.5 ；Zn0.4-0.5 ；Mn0.2-0.25 ；Cu 0.05 ；Ni 0.005 ；Si 0.15 ；Be 0.02 ；Fe 0.05 ;其他雜質(zhì)蘭 0.3 ;余量為 Mg。
[0041]將大尺寸變形鎂合金鍛件冷爐裝料，升溫至90°C時(shí)效處理45小時(shí)，然后設(shè)定溫度180°C，升溫時(shí)間為3小時(shí)，升至180°C后保溫20小時(shí)，最終空冷至室溫；得到大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件，對其進(jìn)行力學(xué)性能檢測，檢測結(jié)果如表I所示。
[0042]從表I中可以看出:經(jīng)過本實(shí)施例的雙級時(shí)效工藝后，模鍛件厚壁處和薄壁處的各向的力學(xué)性能得到較大的提高，拉強(qiáng)度升高35-45MPa，屈服強(qiáng)度提高30_50MPa。采用傳統(tǒng)的單級時(shí)效工藝，薄壁處力學(xué)性能達(dá)到最佳強(qiáng)度385.6MPa時(shí)，厚壁處仍未達(dá)到時(shí)效峰值，可以推測:厚壁處力學(xué)性能達(dá)到時(shí)效峰值時(shí)，薄壁處已處于過時(shí)效狀態(tài)。因此，傳統(tǒng)的單級時(shí)效工藝雖然也能一定程度上提高材料強(qiáng)度，但其各處的綜合力學(xué)性能不如本發(fā)明熱處理工藝，且各處達(dá)到時(shí)效峰值時(shí)間不一致。
[0043]對比例I
[0044]本對比例以大尺寸變形鎂合金鍛件為原料；所述大尺寸變形鎂合金鍛件為鎂-鋁-鋅系變形鎂合金鍛件，各元素質(zhì)量百分比為:A18.2-8.5 ；Zn0.4-0.5 ；Mn0.2-0.25 ；Cu 0.05 ；Ni 0.005 ；Si 0.15 ；Be 0.02 ；Fe 0.05 ;其他雜質(zhì)蘭 0.3 ;余量為 Mg。
[0045]將大尺寸變形鎂合金鍛件冷爐裝料，然后設(shè)定溫度180°C，升溫時(shí)間為4小時(shí)，升至180°C后保溫20小時(shí)，最終空冷至室溫；得到大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件，對其進(jìn)行力學(xué)性能檢測，檢測結(jié)果如表I所示。
[0046]表I鎂合金鍛件各處不同工藝力學(xué)性能
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于:將大尺寸變形鎂合金鍛件在80°C -100°c，保溫36-48小時(shí)后，以15_30°C /h的升溫速率升溫至160_180°C，保溫15-20小時(shí)，冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于:將大尺寸變形鎂合金鍛件在90°C -100°C，保溫40-45小時(shí)后，以20_30°C /h的升溫速率升溫至160-180°C，保溫15-20小時(shí)，冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于:所述大尺寸變形鎂合金鍛件的壁厚為30-100mm ;其直徑Φ > 680mm，最大水平投影面積 > 0.4m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于，所述大尺寸變形鎂合金鍛件以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分:
Al 8.2 ?8.5%、Zn 0.4 ?0.5%、Mn 0.2 ?0.25%、Cu ≤ 0.05%、Ni ≤0.005%、Si ≤ 0.15%、Be ≤ 0.02%、Fe ≤ 0.05%、其他雜質(zhì)蘭 0.3%，余量為 Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于，熱處理后的大尺寸變形鎂合金鍛件的力學(xué)性能如下: 橫向抗拉強(qiáng)度為356MPa-389.7MPa ;橫向屈服強(qiáng)度為249.5MPa_290.3MPa ;縱向抗拉強(qiáng)度為 282.5MPa-290.6MPa ;縱向屈服強(qiáng)度為 187.8MPa_192.5MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于，所述大尺寸變形鎂合金鍛件是通過下述方法制備的: 取大尺寸鎂合金鍛餅按設(shè)計(jì)的毛坯尺寸機(jī)加工成毛坯后，加熱至380?430°C，保溫3_6h后在380?430°C下進(jìn)行一次等溫模鍛成型，得到鍛件，取出鍛件后冷卻，得到成品；所述大尺寸鎂合金鍛餅的平均晶粒粒度=15μ m，等軸晶粒數(shù)與總晶粒數(shù)的比值> 0.95 ；等溫模鍛時(shí)，上模的下行速度為0.05?0.2mm/s,上模下行的時(shí)間為10_30min，壓力為35000-80000kN，成型后保壓30_40min ；;等溫模鍛所用模具與模座基準(zhǔn)面的配合間隙含0.2mm ;模具的溫度與毛坯的加熱溫度相等；鍛件的冷卻速度為100-150°C /min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大尺寸高強(qiáng)變形鎂合金鍛件的熱處理工藝，其特征在于:所述大尺寸鎂合金鍛餅是由鑄造鎂合金錠通過下述步驟加工而成的: 步驟一 將均勻化熱處理后的鑄造鎂合金錠加熱到400-430°C，保溫6-10h后，在400_430°C進(jìn)行墩粗、拔長；墩粗的鍛造比為1.5-2;拔長的鍛造比為:1.02-1.05，墩粗、拔長時(shí)，其變形速度均為12?16mm/s ;所述鑄造鎂合金圓柱錠的直徑為300mm?350mm,高徑比的范圍在1.5?1.85 ;所述拔長為12-16面碾壓拔長；所述均勻化熱處理是將所述鑄造鎂合金錠以20-25°C /min的升溫速率升溫至320_350°C后再以12-27°C /h的升溫速率升溫至410-430°C，保溫20-30h，然后以2_10°C /min的冷卻速度冷卻至室溫； 步驟二 重復(fù)步驟一中的加熱、保溫、墩粗、拔長工藝，直至鎂合金鍛坯直徑大于等于670mm，得到大尺寸鎂合金鍛餅；重復(fù)步驟中，每次保溫、墩粗的溫度較前一次保溫、墩粗的溫度低10?20?。
【文檔編號】C22F1/06GK103436827SQ201310397958
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】李慧中, 歐陽杰, 梁霄鵬, 姜俊, 李軼, 黃嵐, 劉楚明 申請人:中南大學(xué)