一种消除大规格AQ80M镁合金承载构件各向异性的锻造工艺

摘要

本发明涉及一种消除大规格AQ80M镁合金承载构件各向异性的锻造工艺；属于镁合金材料加工技术领域。该工艺具体步骤包括：制备锭坯；低挤压比挤压开坯，在挤压机上进行挤压，挤压比为3～4，挤压速度为0.3～2.8mm/s；配合中间退火在液压机上多道次换向墩粗将坯料锻造成大尺寸的镁合金承载件；时效处理。本发明可以实现尺寸大于470×390×170mm3的镁合金承载件的制备，时效处理后室温下和150℃长宽高三向的屈服强度差值≤10MPa，解决了大尺寸镁合金零部件各向异性的难题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除大规格AQ80M镁合金承载构件各向异性的锻造工艺；属于镁合金材料加工技术领域。

技术背景

AQ80M镁合金作为一种新型中强耐热镁合金，具有成本低、高温性能优异等优点，在航空航天领域有着良好的发展前景。作为密排六方结构的AQ80M镁合金，经过变形后会形成强烈的变形织构，这种变形织构的存在导致产品存在明显的力学性能各向异性，降低合金的二次加工性能，限制了AQ80M镁合金的应用范围。因此，为得到力学性能均匀的AQ80M镁合金构件，提出一种消除变形镁合金的各向异性的方法极为必要。

目前，国内外已有的多种消除镁合金各向异性的工艺，如异步轧制、等径角轧制、交叉轧制和单向反复弯曲变形等，但这些方法工艺比较复杂，技术难度较高，无法生产大规格的块状材料。

本专利针对航空航天领域对大规格镁合金承载件实际需求，基于AQ80M合金，采用低挤压比热挤压开坯后多向锻造成形的工艺路线，首次设计出大规格无各向异性锻坯的成形工艺，并制备出长宽高大于470×390×170mm³>

发明内容

本发明目的是为制备大规格、无各向异性、AQ80M镁合金承载构件提供一种切实可行的工艺路线，以满足航空航天领域对大规格、无各向异性镁合金承载件的迫切需求。本发明所述AQ80M镁合金成分为（wt%）：铝：7.5～9.0%，银：0.02～0.80%，锌：0.35～0.55%，稀土：0.01～0.10%，钙：0.001～0.020%，锰：0.05～0.20%，其余为镁及不可去除的杂质元素。所述稀土元素包括铈、镧、钕、钇或者它们两种以上混合物。

本发明提出的成形工艺如下：

1．采用半连续铸造方法制备AQ80M镁合金铸锭，规格为直径Φ610～Φ620mm，长度≥1600mm 的镁合金铸锭；均匀化处理，空冷至室温后去皮，得到AQ80M镁合金坯料；

2．将经过均匀化处理的镁合金坯料在340～420℃温度下保温1～3h 后，放入预先加热的挤压筒中，在挤压机上进行挤压，挤压比为3～4，挤压速度为0.3～2.8mm/s；

3．挤压后的棒状坯料经380～410℃保温8～16h，在油压机上进行多向锻造。以棒状坯料高向、任意垂直的两个径向分别为Z，Y和X方向，沿着Z，Y和X方向进行压缩变形，压下速度200～400mm/min、锻造道次压下量5～30%；每6～9道次后进行回炉退火，退火温度为380～410℃，退火时间为0.5～1h，最终锻造出长≥470mm，宽≥390mm，高≥170mm的镁合金锻件；

4．175℃/36h时效处理。锻件时效后室温屈服强度≥190MPa、抗拉强度≥330MPa、伸长率≥6%，长宽高向的屈服强度差值≤10MPa；150℃屈服强度≥160MPa、抗拉强度≥200MPa、伸长率≥30%，长宽高三向的屈服强度差值≤10MPa。

2步骤中所述镁合金坯料挤压比为3.6～4。

3步骤中所述挤压棒料保温温度为400～410℃。

3步骤所述锻造道次压下量5～20%。

本发明优点如下：

1．采用3～4的低挤压比热挤压变形开坯。过低的挤压比无法细化晶粒和消除铸造缺陷，起不到改善材料塑性的效果；过高的挤压比则会增加锭坯开裂的风险，同时过高的挤压比制备出的锭坯规格较小，且具有强烈的各向异性，增加后续锻造成形的难度。3～4的挤压比可以在保证晶粒细化和消除铸造缺陷的同时，制备出Φ300mm大规格的预变形坯料，为后续的多向锻造成形提供了良好的基础。

2. 多向锻造成形过程中严格控制变形量，采用小变形量多道次换向锻造，保证材料的成形性和力学性能的同时避免形成强烈的基面织构。锻造过程中单道次变形量过大会形成强烈的基面织构导致产品在力学性能上出现明显的各向异性，同时也增加锭坯开裂的风险。而过低的变形量则会增加变形道次，增加中间退火次数，易造成晶粒过度长大，影响产品力学性能。本发明通过大量的实验，采用相对较低的道次变形量变形，将道次变形量控制在5～30%内，避免变形过程中形成强烈的基面织构，同时保证整个锻造成形过程只需进行1～2次中间退火，抑制了晶粒的长大，从而成功制备大于470×390×170mm³的镁合金锻件，时效处理后室温下和150℃长宽高三向的屈服强度差值≤10MPa。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明的保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

半连续铸造方法制备直径Φ610，长度1630mm镁合金锭坯，均匀化处理，空冷至室温后车去氧化皮。加热挤压模具，温度保持在360℃；加热挤压筒，温度保持在370℃。加热锭坯至360℃保温1h 后，进行挤压开坯，挤压比为3.6，挤压速度为1.6mm/s。挤压后得到直径为Φ300mm棒材。将挤压后棒状坯料在410℃下保温8h后，在油压机上进行多向锻造，压下速度200～400mm/min、镦粗道次压下量5～30%；每8道次进行回炉退火，退火温度为410℃，退火时间为0.5h，最终锻造出长475mm，宽390mm，高170mm的镁合金承载件，175℃/36h时效处理。其力学性能见表（1）。

实施例2

半连续铸造方法制备直径Φ620mm，长度1600mm镁合金锭坯，均匀化处理，空冷至室温后车去氧化皮。加热挤压模具，温度保持在360℃；加热挤压筒，温度保持在370℃。加热锭坯至360℃保温1h 后，进行挤压开坯，挤压比为3.6，挤压速度为1.2mm/s。挤压后得到直径为Φ300mm棒材。将挤压后棒状坯料在400℃下保温8h后，在油压机上进行镦拔式多向锻造，压下速度200～400mm/min、镦粗道次压下量5～30%、拔长道次压下量5～10%、上下砧板温度150～200℃；每6道次进行回炉退火，退火温度为400℃，退火时间为1h，最终锻造出长470mm，宽390mm，高170mm的镁合金承载件，175℃/36h时效处理。其力学性能见表（1）。

实施例3

半连续铸造方法制备直径Φ620mm，长度1600mm镁合金锭坯，均匀化处理，空冷至室温后车去氧化皮。加热挤压模具，温度保持在360℃；加热挤压筒，温度保持在370℃。加热锭坯至360℃保温1h 后，进行挤压开坯，挤压比为4，挤压速度为2.0mm/s。挤压后得到直径为Φ300mm棒材。将挤压后棒状坯料在400℃下保温8h后，在油压机上进行镦拔式多向锻造，压下速度200～400mm/min、镦粗道次压下量5～30%、拔长道次压下量5～10%、上下砧板温度150～200℃；每6道次进行回炉退火，退火温度为410℃，退火时间为1h，最终锻造出长470mm，宽395mm，高175mm的镁合金承载件，175℃/36h时效处理。其力学性能见表（1）。

表1 制备的大规格承载件力学性能