鎂基復合材料壁板型材的制造方法
【專利摘要】鎂基復合材料壁板型材的制造方法,本發(fā)明涉及一種制造鎂基復合材料壁板型材的方法，它為了解決現(xiàn)有制造壁板型材中擠壓過程易悶車，型材的彎曲度和扭轉度較高的問題。制造方法：一、在熔煉爐中熔煉原料；二、加入SiC顆粒；三、鑄造成鎂基復合材料扁鑄棒；四、切斷扁鑄棒；五、車去氧化皮；六、進行均勻化退火；七、對退火后的鎂基復合材料扁鑄錠進行擠壓；八、將鎂基復合材料壁板型材加熱到150℃～180℃，然后進行張力矯直；九、切去頭端和尾端。通過本發(fā)明的制造方法得到鎂基復合材料壁板型材的彎曲度每米小于1.5mm，型材任何部位的每米長度上繞縱軸的扭轉度不超過1.5°，擠壓過程不發(fā)生悶車。
【專利說明】鎂基復合材料壁板型材的制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制造鎂基復合材料壁板型材的方法。

【背景技術】
[0002] 鎂基復合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高和耐磨性好的優(yōu)點，在航空航天、 軍事領域及汽車等行業(yè)越來越得到廣泛的應用。其中顆粒增強鎂基復合材料具有成本低， 制備工藝簡單等特點，已逐漸成為鎂基復合材料領域的研究重點?，F(xiàn)有的壁板型材材質為 鎂合金，采用圓擠壓筒擠壓獲得，擠壓變形程度大，擠壓過程悶車，型材外形尺寸、直線度超 出標準要求的范圍，彎曲度每米為2. 5mm?3. 5mm，型材任何部位的每米長度上繞縱軸的扭 轉度為2.0°?3.0°，波浪高度為LOmm?2. 0mm，無法滿足用戶的要求。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有制造壁板型材中擠壓過程易悶車，型材的彎曲度和扭轉度 較高的問題，而提供的一種鎂基復合材料壁板型材的制造方法。
[0004] 本發(fā)明鎂基復合材料壁板型材的制造方法按下列步驟實現(xiàn)：
[0005] 一、按元素的質量百分比為 Al :0· 2 %、Mn :1· 3 % ?2. 2 %、Zn :0· 3 %、Ce : 0· 15%?0· 35%、Fe :彡 0· 05%、Si :彡 0· l%、Cu :彡 0· 05%、Ni :彡 0· 007%，余量為 Mg 分 另IJ稱取鋁錠、鎂錳中間合金、鋅錠、鎂鈰中間合金、鎂鐵中間合金、鎂硅中間合金、銅錠、鎂鎳 中間合金和鎂錠作為原料，將原料加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為760°C?780°C下熔煉 3. 5h?5h，得到鎂合金熔液；
[0006] 二、對SiC顆粒進行預熱，預熱溫度為490°C?510°C，保溫時間為I. 5h?2. 5h，將 預熱后的SiC顆粒加入到步驟一得到的鎂合金熔液中，攪拌IOmin?15min，得到鎂基復合 材料熔液；
[0007] 三、將步驟二制得的鎂基復合材料熔液在鑄造溫度為710°C?740°C、鑄造速度為 2. Om/h?2. 4m/h、冷卻水強度為0. 05MPa?0. IOMPa和冷卻水溫度為KTC?20°C的條件 下鑄造成橫截面的寬高比為3. 2?3. 6的鎂基復合材料扁鑄棒；
[0008] 四、將步驟三得到的鎂基復合材料扁鑄棒切斷，得到切斷后的扁鑄棒；
[0009] 五、車去切斷后的扁鑄棒表面的鑄造氧化皮，得到去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄 錠；
[0010] 六、將去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄錠在退火溫度為380°c?400°C的退火爐中 進行均勻化退火IOh?15h，隨爐冷卻得到退火后的鎂基復合材料扁鑄錠；
[0011] 七、將退火后的鎂基復合材料扁鑄錠放入加熱爐中加熱至360°C?430°C，然后放 入到擠壓機的扁擠壓筒中，在壓力為500MPa?550MPa、溫度為360°C?430°C的條件下以流 出速度為〇. 3m/min?0. 7m/min進行擠壓，制得鎂基復合材料壁板型材；
[0012] 八、將鎂基復合材料壁板型材加熱到150°c?180°C，然后進行張力矯直拉伸，并 依次進行輥式矯直和人工矯直，得到矯直后的鎂基復合材料壁板型材；
[0013] 九、切去矯直后的鎂基復合材料壁板型材的頭端和尾端，完成鎂基復合材料壁板 型材的制造；
[0014] 其中步驟二SiC顆粒的加入量占鎂合金熔液體積分數(shù)的3%?6%。
[0015] 本發(fā)明鎂基復合材料壁板型材的制造方法通過合金成分的合理配比，采用均勻化 退火消除晶內偏析和鑄造應力，合理控制鑄錠成分配比，保證了鑄錠的成分穩(wěn)定，組織均 勻，使得鎂基復合材料具有良好的塑性加工變形能力。
[0016] 壁板型材作為一種寬而薄并帶有許多加強筋條的特殊型材。采用扁擠壓筒擠壓 壁板型材，由于扁擠壓筒的斷面積小，形狀和壁板外形相似，因此與現(xiàn)有圓擠壓筒相比，扁 擠壓筒的擠壓系數(shù)小、比壓高，金屬流動均勻，不悶車；它所擠出的壁板型材尺寸精確，易于 矯直。鎂基體具有密排六方晶體結構，對稱性低，其軸比（c/a)值為1.623,接近理想的密 排值1. 633,室溫滑移系少，冷加工成形困難。鎂基復合材料壁板型材的加工溫度如果低于 150°C時，多晶鎂的塑性變形僅限于基面{0001} U斤⑴滑移和錐面丨1〇〗2]· <1孿生，變 形時只有3個幾何滑移系和2個獨立滑移系，易在晶界處產生大的應力集中。而本發(fā)明步 驟八將鎂基復合材料壁板型材加熱到150°C?180°C，高于150°C時溫度升高增加了原子振 動的振幅，最密排面和次密排面的差別減小，使附加角錐滑移面丨10?1丨.、丨111 I丨啟動，此時 塑性大大提高；同時由于發(fā)生回復、再結晶而造成的軟化，也會使鎂基體具有較高的塑性， 所以后續(xù)采用預熱矯直拉伸工藝，達到了壁板型材的表面質量要求，使壁板型材的彎曲度 每米小于I. 5mm，型材任何部位的每米長度上繞縱軸的扭轉度不超過1. 5°，波浪高度低于 0. 5mm〇

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明步驟三得到的鎂基復合材料扁鑄棒的橫截面結構示意圖，其中b代 表橫截面的寬度，h代表橫截面的高度，R代表圓弧的半徑。

【具體實施方式】

【具體實施方式】 [0018] 一：本實施方式鎂基復合材料壁板型材的制造方法按下列步驟實 施：
[0019] 一、按元素的質量百分比為 Al :0· 2 %、Mn :1· 3 % ?2. 2 %、Zn :0· 3 %、Ce : 0· 15%?0· 35%、Fe :彡 0· 05%、Si :彡 0· l%、Cu :彡 0· 05%、Ni :彡 0· 007%，余量為 Mg 分 另IJ稱取鋁錠、鎂錳中間合金、鋅錠、鎂鈰中間合金、鎂鐵中間合金、鎂硅中間合金、銅錠、鎂鎳 中間合金和鎂錠作為原料，將原料加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為760°C?780°C下熔煉 3. 5h?5h，得到鎂合金熔液；
[0020] 二、對SiC顆粒進行預熱，預熱溫度為490°C?510°C，保溫時間為I. 5h?2. 5h，將 預熱后的SiC顆粒加入到步驟一得到的鎂合金熔液中，攪拌IOmin?15min，得到鎂基復合 材料熔液；
[0021] 三、將步驟二制得的鎂基復合材料熔液在鑄造溫度為710°C?740°C、鑄造速度為 2. Om/h?2. 4m/h、冷卻水強度為0. 05MPa?0. IOMPa和冷卻水溫度為KTC?20°C的條件 下鑄造成橫截面的寬高比為3. 2?3. 6的鎂基復合材料扁鑄棒；
[0022] 四、將步驟三得到的鎂基復合材料扁鑄棒切斷，得到切斷后的扁鑄棒；
[0023] 五、車去切斷后的扁鑄棒表面的鑄造氧化皮，得到去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄 錠；
[0024] 六、將去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄錠在退火溫度為380°C?400°C的退火爐中 進行均勻化退火IOh?15h，隨爐冷卻得到退火后的鎂基復合材料扁鑄錠；
[0025] 七、將退火后的鎂基復合材料扁鑄錠放入加熱爐中加熱至360°C?430°C，然后放 入到擠壓機的扁擠壓筒中，在壓力為500MPa?550MPa、溫度為360°C?430°C的條件下以流 出速度為〇. 3m/min?0. 7m/min進行擠壓，制得鎂基復合材料壁板型材；
[0026] 八、將鎂基復合材料壁板型材加熱到150°C?180°C，然后進行張力矯直拉伸，并 依次進行輥式矯直和人工矯直，得到矯直后的鎂基復合材料壁板型材；
[0027] 九、切去矯直后的鎂基復合材料壁板型材的頭端和尾端，完成鎂基復合材料壁板 型材的制造；
[0028] 其中步驟二SiC顆粒的加入量占鎂合金熔液體積分數(shù)的3%?6%。
[0029] 在一定的變形程度范圍內，擠壓系數(shù)越大，壁板型材的強度、硬度越高。當減少擠 壓系數(shù)時，壁板型材的強度受到損失。因此，本實施方式采用SiC顆粒增強鎂基復合材料。 SiC顆粒作為鎂合金基體的增強相，主要分布于晶界間，能夠阻止晶界和位錯的運動，導致 強度大幅度提高，以彌補由擠壓變形程度減少而造成壁板型材的強度損失。
[0030] 本實施方式步驟九由于擠壓制品的前端保留鑄造組織，機械性能偏低，應該切除； 在尾端由于金屬填充不滿所形成的擠壓縮尾等破壞金屬連續(xù)性的缺陷亦應切除。

【具體實施方式】 [0031] 二：本實施方式與一不同的是步驟一將原料加入到干 燥的熔煉爐中，在溫度為770°C下熔煉4h。其它步驟及參數(shù)與一相同。

【具體實施方式】 [0032] 三：本實施方式與一或二不同的是步驟二所述的SiC 顆粒的粒度為5 μ m?8 μ m。其它步驟及參數(shù)與一或二相同。

【具體實施方式】 [0033] 四：本實施方式與一至三之一不同的是步驟三鑄造成 橫截面的兩側為圓弧形，橫截面的寬度b為545?565mm，高度h為150?170mm的鎂基復 合材料扁鑄棒。其它步驟及參數(shù)與一至三之一相同。
[0034] 本實施方式所述的鎂基復合材料扁鑄棒的橫截面的中部為矩形，在矩形的短邊側 為半圓形，半圓的半徑R為h/2。

【具體實施方式】 [0035] 五：本實施方式與一至四之一不同的是步驟四切斷后 的扁鑄棒的長度為900_?950_。其它步驟及參數(shù)與一至四之一相同。

【具體實施方式】 [0036] 六：本實施方式與一至五之一不同的是步驟六在退火 溫度為390°C的退火爐中進行均勻化退火12h。其它步驟及參數(shù)與一至五之 一相同。

【具體實施方式】 [0037] 七：本實施方式與一至六之一不同的是步驟七在壓力 為530MPa、溫度為390°C的條件下以流出速度為0. 5m/min進行擠壓。其它步驟及參數(shù)與具 體實施方式一至六之一相同。

【具體實施方式】 [0038] 八：本實施方式與一至七之一不同的是步驟八鎂基復 合材料壁板型材加熱到160°C。其它步驟及參數(shù)與一至七之一相同。
[0039]

【具體實施方式】九：本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是步驟八張力矯 直拉伸的拉伸變形率為I %?3%。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0040] 實施例一：本實施例鎂基復合材料壁板型材的制造方法按下列步驟實施：
[0041] 一、按元素的質量百分比為 Al :0· 2 %、Mn :1· 8 %、Zn :0· 3 %、Ce :0· 2 %、Fe : 0.03%、Si :0.02%、Cu :0.02%、Ni :0.003%，余量為Mg分別稱取鋁錠、鎂錳中間合金、鋅 錠、鎂鈰中間合金、鎂鐵中間合金、鎂硅中間合金、銅錠、鎂鎳中間合金和鎂錠作為原料，將 原料加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為770°C下熔煉4h，得到鎂合金熔液；
[0042] 二、將粒度為6 μ m的SiC顆粒進行預熱，預熱溫度為500°C，保溫時間為2. 0h，將 預熱后的SiC顆粒迅速加入到步驟一制得的鎂合金烙液中，攪拌13min，SiC顆粒的加入量 為鎂合金熔液體積分數(shù)的4%，得到鎂基復合材料熔液；
[0043] 三、將步驟二制得的鎂基復合材料熔液在鑄造溫度為730°C、鑄造速度為2. 2m/h、 冷卻水強度為〇. 〇8MPa和冷卻水溫度為15°C的條件下鑄造成橫截面的寬為555mm、高為 160mm的鎂基復合材料扁鑄棒；
[0044] 四、將步驟二得到的鎂基復合材料扁鑄棒切斷，得到切斷后長度為930mm扁鑄棒；
[0045] 五、車去切斷后的扁鑄棒表面的鑄造氧化皮，得到寬為545mm、高為150mm的去氧 化皮的鎂基復合材料扁鑄錠；
[0046] 六、將去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄錠在退火溫度為390°C的退火爐中進行均勻 化退火12h，隨爐冷卻，得到退火后的鎂基復合材料扁鑄錠；
[0047] 七、將退火后的鎂基復合材料扁鑄錠放入加熱爐中加熱至400°C，然后放入到擠壓 機的扁擠壓筒中，在壓力為530MPa、溫度為390°C的條件下以流出速度為0. 5m/min進行擠 壓，制得鎂基復合材料壁板型材；
[0048] 八、將鎂基復合材料壁板型材加熱到160°C，然后進行張力矯直拉伸，拉伸變形率 為2%，并依次進行輥式矯直和人工矯直，得到矯直后的鎂基復合材料壁板型材；
[0049] 九、切去矯直后的鎂基復合材料壁板型材的150mm頭端和300mm尾端，完成鎂基復 合材料壁板型材的制造。
[0050] 本實施例得到的鎂基復合材料壁板型材的彎曲度每米為I. 2mm，型材任何部位的 每米長度上繞縱軸的扭轉度為Γ，波浪高度為〇. 3mm。本實施例中彎曲度、扭擰度、波浪高 度按GB/T14846-2008標準測試。型材表面質量好，尺寸精度高，成品率為80%，力學性能穩(wěn) 定，其抗拉強度為350MPa，延伸率為6. 5%。擠壓過程由于擠壓系數(shù)小、比壓高，所需擠壓力 小，金屬流動均勻，因此，沒發(fā)生悶車現(xiàn)象。
【權利要求】
1. 鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于是按下列步驟實現(xiàn)： 一、 按元素的質量百分比為 Al :0? 2%、Mn :1. 3%?2. 2%、Zn :0? 3%、Ce :0? 15%? 0? 35%、Fe :彡 0? 05%、Si :彡 0? l%、Cu :彡 0? 05%、Ni :彡 0? 007%，余量為 Mg 分別稱取鋁 錠、鎂錳中間合金、鋅錠、鎂鈰中間合金、鎂鐵中間合金、鎂硅中間合金、銅錠、鎂鎳中間合金 和鎂錠作為原料，將原料加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為760°C?780°C下熔煉3. 5h? 5h，得到鎂合金熔液； 二、 對SiC顆粒進行預熱，預熱溫度為490°C?510°C，保溫時間為I. 5h?2. 5h，將預熱 后的SiC顆粒加入到步驟一得到的鎂合金烙液中，攪拌IOmin?15min，得到鎂基復合材料 熔液； 三、 將步驟二制得的鎂基復合材料熔液在鑄造溫度為710°C?740°C、鑄造速度為 2. Om/h?2. 4m/h、冷卻水強度為0. 05MPa?0. IOMPa和冷卻水溫度為KTC?20°C的條件 下鑄造成橫截面的寬高比為3. 2?3. 6的鎂基復合材料扁鑄棒； 四、 將步驟三得到的鎂基復合材料扁鑄棒切斷，得到切斷后的扁鑄棒； 五、 車去切斷后的扁鑄棒表面的鑄造氧化皮，得到去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄錠； 六、 將去氧化皮的鎂基復合材料扁鑄錠在退火溫度為380°C?400°C的退火爐中進行 均勻化退火IOh?15h，隨爐冷卻得到退火后的鎂基復合材料扁鑄錠； 七、 將退火后的鎂基復合材料扁鑄錠放入加熱爐中加熱至360°C?430°C，然后放入到 擠壓機的扁擠壓筒中，在壓力為500MPa?550MPa、溫度為360°C?430°C的條件下以流出速 度為0. 3m/min?0. 7m/min進行擠壓，制得鎂基復合材料壁板型材； 八、 將鎂基復合材料壁板型材加熱到150°C?180°C，然后進行張力矯直拉伸，并依次 進行輥式矯直和人工矯直，得到矯直后的鎂基復合材料壁板型材； 九、 切去矯直后的鎂基復合材料壁板型材的頭端和尾端，完成鎂基復合材料壁板型材 的制造； 其中步驟二SiC顆粒的加入量占鎂合金熔液體積分數(shù)的3%?6%。
2. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟一將原 料加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為770°C下熔煉4h。
3. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟二所述 的SiC顆粒的粒度為5 y m?8 y m。
4. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟三鑄造 成橫截面的兩側為圓弧形，橫截面的寬度為545?565mm，高度為150?170mm的鎂基復合 材料扁鑄棒。
5. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟四切斷 后的扁鑄棒的長度為900mm?950mm。
6. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟六在退 火溫度為390°C的退火爐中進行均勻化退火12h。
7. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟七在壓 力為530MPa、溫度為390°C的條件下以流出速度為0. 5m/min進行擠壓。
8. 根據(jù)權利要求1所述的鎂基復合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步驟八鎂基 復合材料壁板型材加熱到160°C。
【文檔編號】C22F1/06GK104313423SQ201410653466
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】文麗華, 吉澤升, 寧慧燕, 翁江翔, 鮑春平, 唐玉玲, 王曉宏 申請人:黑龍江工程學院