一种镁合金构件的成形方法与流程

本发明涉及镁合金构件，具体涉及一种镁合金构件的成形方法。

背景技术：

随着轻量化要求的提高，结构减重成为了工业制造领域追求的永恒主题。一般而言，结构减重可通过材料优化或者结构形状优化进行，从材料优化角度看，镁合金密度1.78g/cm³，是目前已知最轻的工程金属材料，在减重需求迫切的航空航天，汽车等领域有着广阔的应用前景；从结构形状优化角度看，目前常采用空心构件代替实心构件，或者采用布置加强筋的方式整体减少构件的壁厚以提高构件的使用寿命。基于此，高性能多筋类镁合金构件将会是镁合金未来应用的一个重要方向。

精密成形技术具有材料利用率高，表面精度高以及成形过程中温度波动小等特点，是一种非常适合镁合金精密构件的制造方法，近十多年来得到了快速发展和应用。但目前存在以下两个问题：一是为了得到精确的外形，减少表面的机加工量(或者表面不加工)，常常需要进行多道次成形，而镁合金与铝合金等材料不同，其锻造特点之一是热锻次数不宜过多，每加热、锻造一次，构件的强度性能就下降一次，尤其是当锻前加热温度高、保温时间长时，性能下降的幅度更大；二是采用铸坯直接进行精密成形，变形量较小，动态再结晶不完全，组织极不均匀。由于以上两方面的原因，精密成形镁合金构件的强度普遍偏低，如典型精密成形AZ80构件的强度在300～340MPa，不能满足相关行业(如航空航天、国防军工)对镁合金构件的要求；又如CN102357631A中公布的镁合金的成形方法，通过加热润滑， 两次等温成形，制得的镁合金零件的抗拉强度也在300～340MPa，同样不能满足相关行业(如航空航天、国防军工)对镁合金构件的要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种镁合金构件的成形方法，该方法用于镁合金构件的成形，加强筋充型饱满，时效后抗拉强度高，延伸率好。

本发明的目的是这样实现的：

一种镁合金构件的成形方法，包括大比率挤压和三次精密成形步骤，其特征在于：

所述大比率挤压为挤压模具加热温度为360～430℃，坯料加热温度为360～430℃，挤压比≥5；

所述一次精密成形的坯料加热温度为380～410℃，模具加热温度为350～370℃，成形速率10～20mm/s；

所述二次精密成形的坯料加热温度为350～380℃，模具加热温度为370～390℃，成形速率10～20mm/s；

所述三次精密成形：坯料加热温度为330～350℃，模具加热温度为390～420℃，成形速率10～20mm/s。

上述挤压材料的横截面形状由本领域普通技术人员根据下料规格确定。

为了保证温度的均一性，上述加热方式优选采用箱式电阻炉对坯料进行加热，并要求强制气体循环。

为了保证模具加热充分，达到恒温状态，优选模具加热时间≥3h，并实时检测温度；坯料加热时间按1.2mm/min进行计算。

为了减少摩擦阻力，上述模具与坯料之间采用油机石墨作为润滑剂。

为了进一步增加镁合金构件的性能，优选每道次成形完成后构件立即从模具内取出，采用强风进行冷却。

每道次成形完成后构件立即从模具内取出，采用强风进行冷却。

为了节约能源，对于形状规则的构件，上一次精密成形完成后，温度合适的情况下，可以利用余热直接进行下一次精密成形。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在镁合金构件成形工艺中，采用大比率挤压和三次精密成形相结合的方式，严格控制大比率挤压的加热温度(模具和坯料)，并严控挤压比；且在三次成形中坯料加热温度逐次降低，模具加热温度逐次升高，成行速率均为10～20mm/s，从而解决了多道次精密成形构件晶粒粗大、力学性能低的难题，实现了镁合金构件精确外形与高性能的双重控制，尤其适用于高性能多筋类镁合金构件的成形，如AZ80镁合金构件成形后抗拉强度≥400MPa，延伸率≥7％。

(2)本发明对于表面带加强筋的高性能镁合金塑性成形效果好，可以实现镁合金构件精确外形与高性能的完美结合，制备的镁合金构件外表面不加工或留小于2mm的加工余量，可以直接成形出外表面的加强筋，实现精确外形与高性能的双重控制。

(3)本发明不需要新的大型设备，工艺流程简单，使用范围广，效率更高，成本更低，适于大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明镁合金构件成形工艺图；

图2是实施例1中镁合金构件的力学性能图；

图3是实施例2中镁合金构件的力学性能图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

一种镁合金构件的成形方法，具体采用AZ80镁合金坯料对构件进行成 形，该构件为一种外表面带加强筋的回转体构件，外径为78mm，内径为65mm，高度70mm，外表面加强筋宽度2.5mm，加强筋高度3mm，6个加强筋平均分布在外表面上。

(1)大比率挤压：将AZ80均匀化铸棒挤压为85mm的棒材，挤压模具加热温度为380℃，坯料加热温度为380℃，挤压比为15，并根据体积不变原理进行精确下料；

(2)一次精密成形：坯料加热温度为400℃，模具加热温度为370℃，成形速率10mm/s；

(3)二次精密成形：坯料加热温度为350℃，模具加热温度为390℃，成形速率10mm/s；

(4)三次精密成形：坯料加热温度为330℃，模具加热温度为410℃，成形速率10mm/s。

AZ80构件加强筋充型饱满，时效后构件的抗拉强度为415MPa，延伸率8.0％(图2)。

实施例2

一种镁合金构件的成形方法，具体采用MB26镁合金坯料对构件进行成形，该构件为一种外表面带加强筋的方形类构件，长73mm，宽60mm，高度85mm，壁厚8mm，在长度方向上均布2条加强筋，加强筋高度2.5mm。

(1)大比率挤压：将MB26铸棒挤压为75mm×65mm的方棒，挤压模具加热温度为380℃，坯料加热温度为420℃，挤压比为5，并根据体积不变原理进行精确下料；

(2)一次精密成形：坯料加热温度为410℃，模具加热温度为350℃， 成形速率20mm/s；

(3)二次精密成形：坯料加热温度为380℃，模具加热温度为370℃，成形速率20mm/s；

(4)三次精密成形：坯料加热温度为350℃，模具加热温度为380℃，成形速率20mm/s。

MB26构件构件加强筋充型饱满，时效后构件的抗拉强度为393MPa，延伸率8.5％(图3)。

实施例3

一种镁合金构件的成形方法，具体采用AZ80镁合金坯料对构件进行成形，该构件为一种外表面带加强筋的回转体构件，外径53.5mm，高度85mm，壁厚8mm，在圆周上均布3条加强筋，加强筋高度2.5mm。

(1)大比率挤压：将AZ80铸棒挤压为55mm的棒材，挤压模具加热温度为380℃，坯料加热温度为380℃，挤压比为8，并根据体积不变原理进行精确下料；

(2)一次精密成形：坯料加热温度为390℃，模具加热温度为390℃，成形速率15mm/s；

(3)二次精密成形：坯料加热温度为350℃，模具加热温度为370℃，成形速率15mm/s；

(4)三次精密成形：坯料加热温度为330℃，模具加热温度为380℃，成形速率15mm/s。

AZ80构件加强筋充型饱满，时效后构件的抗拉强度为426MPa，延伸率9.5％。

对比实施例1

一种镁合金构件的成形方法，具体采用AZ80镁合金坯料对构件进行成形，该构件为一种外表面带加强筋的回转体构件，外径为78mm，内径为65mm，高度70mm，外表面加强筋宽度2.5mm，加强筋高度3mm，6个加强筋平均分布在外表面上。

(1)大比率挤压：将AZ80均匀化铸棒挤压为85mm的棒材，挤压模具加热温度为380℃，坯料加热温度为380℃，挤压比为15，并根据体积不变原理进行精确下料；

(2)一次精密成形：坯料加热温度为400℃，模具加热温度为400℃，成形速率10mm/s；

(3)二次精密成形：坯料加热温度为400℃，模具加热温度为400℃，成形速率10mm/s；

(4)三次精密成形：坯料加热温度为400℃，模具加热温度为400℃，成形速率10mm/s。

AZ80构件加强筋充型饱满，时效后构件的抗拉强度为347MPa，延伸率7.0％。

对比实施例2

一种镁合金构件的成形方法，具体采用AZ80镁合金坯料对构件进行成形，该构件为一种外表面带加强筋的回转体构件，外径为78mm，内径为65mm，高度70mm，外表面加强筋宽度2.5mm，加强筋高度3mm，6个加强筋平均分布在外表面上。

(1)大比率挤压：将AZ80均匀化铸棒挤压为85mm的棒材，挤压模具 加热温度为380℃，坯料加热温度为380℃，挤压比为15，并根据体积不变原理进行精确下料；

(2)一次精密成形：坯料加热温度为360℃，模具加热温度为410℃，成形速率10mm/s；

(3)二次精密成形：坯料加热温度为380℃，模具加热温度为380℃，成形速率10mm/s；

(4)三次精密成形：坯料加热温度为400℃，模具加热温度为350℃，成形速率10mm/s。

AZ80构件加强筋充型不饱满，时效后构件的抗拉强度为360MPa，延伸率6.0％。

在本发明中，坯料加热温度以及模具加热温度的控制十分重要，如同对比实施例1、2显示，三次成形的温度控制不好，就容易出现力学性能低的情形，从而不能满足镁合金构件的力学要求。