大直径AQ80M镁合金棒材热挤压工艺的制作方法

本发明涉及镁合金的挤压变形领域，特别涉及一种大直径中强耐热镁合金棒材的热挤压变形领域。

背景技术：

镁合金是最轻的可用金属结构材料，具有低密度、高比强度、导热性好、减震能力强、易切削、可回收以及尺寸稳定等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。

镁及镁合金室温及低温下可动滑移系少，塑性变形能力差，这严重限制了镁合金的应用。本发明所采用挤压成型，变形时材料受三向压应力，能最大限度发挥材料塑性。变形过程能有效细化合金晶粒，使材料力学性能得到大幅度提高。此外，挤压过程有利于形成强挤压织构，从而提高挤压方向的强度。

mg-al系合金，如az91，az80等传统牌号合金常温条件下性能优异，应用较多。但由于合金主要析出相熔点只有437℃，在高温条件下服役时，合金中能够生成不连续析出相，由于该类析出伴随着晶界迁移，故合金蠕变及瞬时高温力学性能较差。同时，该合金另一类析出相在晶内分布稀疏、尺寸较小，时效处理不当时会出现晶粒中几乎无析出相的情况。以上原因叠加造成该系合金高温性能明显偏低。但实验表明，添加ag后，合金组织有明显变化，高温性能提升明显。

目前工业应用中还没有直径达到φ400的镁合金挤压棒材，以aq80m为合金成分的中强耐热镁合金棒材尚未报道。因此，研究开发出一种通过半连续铸锭生产出中强度镁合金棒材的挤压工艺，满足国防军工、航空航天等领域对中强耐热大规格镁合金棒材的需要，具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种大直径中强耐热镁合金棒材的挤压工艺。通过调节锭坯挤压温度、挤压模具温度、挤压速度及挤压比等参数，寻求一种中强大直径镁合金棒材的挤压变形工艺，经相关热处理后，使合金150℃性能抗拉强度≥250mpa,屈服强度≥200mpa，延伸率≥25%。

本发明中强镁合金aq80m由下述组分组成（wt.%）：al7.5-9.0%，ag0.02-0.8%、zn0.35-0.55%、mn0.05-0.20%、re0.01-0.10%、ca0.001-0.002%、fe≤0.02%、si≤0.05%、cu≤0.02%、ni≤0.001%，杂质≤0.10%，mg余量。

本发明包括以下具体步骤：

（1）利用大容量熔炼炉熔融原料，半连续铸造后机加工去皮，得直径570-580mm锭坯。

（2）为减少或消除非平衡共晶相，同时避免合金过烧，对铸锭进行双级均匀化退火，退火温度250-300℃，退火时间10-20h，随后升温至380-410℃，保温20-30h后冷却。

（3）加热挤压模具及挤压筒，其温度为340℃-420℃，若温度过低则容易造成磨具在后续挤压过程中温度较低，增大挤压过程流变应力，导致焖车等情况；若温度过高，则导致锭坯在挤压过程中由于热量累计发生锭坯融化等危险事故。

（4）将经过均匀化处理的镁合金坯料，在340℃-420℃温度下保温1-3h。保温温度应高于合金发生明显析出的温度340℃，同时低于合金主要析出相的融化温度437℃，前者可提高合金变形过程中再结晶的效率，后者则可防止合金中局部未能溶解的共晶相在保温时融化，导致过烧。

（5）将保温充分的锭坯移至10000t卧式挤压机挤压筒内进行挤压，挤压比为2.25-6.25，挤压后棒材规格为：f240mm-400mm，长度≥6000mm；

（6）挤压后镁合金棒材经380-410℃固溶处理1-3h后极速冷却，然后于150-200℃等温时效处理20-40h。固溶温度低晶界易出析出相，过高，晶粒长大严重。时效温度选取温度过低时，达到峰值时效的时间会明显增加，实际生产过程中成本升高；选取温度过高时，则合金峰值时效时由于析出相体积分数降低，析出相强化效果减弱等原因合金的强度降低。

所述镁合金坯料为镁合金半连续铸造坯料，规格为ф610mm，长度大于2000mm。

所述第3步所述镁合金坯料规格为f570-580mm时，在10000t卧式油压机上进行挤压。

所述将经过双级均匀化热处理后冷却的镁合金坯料在380-410℃温度下保温1-3h后，出口速度为2-3.5mm/s。

所述的第4步的挤压产品在390-400℃保温。

所述的第5步的挤压产品在160-180℃下进行等温时效热处理24-36h。

合金挤压制品的力学性能由合金成分、晶粒尺寸、织构强度和析出相决定。本专利所用aq80m镁合金ag的添加对提高合金高温力学性能有明显作用；挤压变形可同时实现晶粒细化和织构强化；ag的添加促进第二相析出，尤其是连续析出相。合理的挤压工艺才能实现合金的晶粒细化，于此同时，调节挤压参数可以尽可能利用织构实现细晶强化之外的进一步强化。本发明的特点在于：在优化挤压速度、挤压温度及模具温度等参数基础上，通过优化后续热处理参数，实现细晶强化，织构强化和第二相强化相结合的思路提高该合金高温强度。

附图说明

图1为挤压比为φ400mm的棒材挤压棒(a)侧视图(b)主视图；

图2为挤压比为φ300mm的棒材挤压棒(a)侧视图(b)主视图；

图3为挤压比为φ240mm的棒材挤压棒(a)侧视图(b)主视图。

本发明通过调节上述参数，做了大量对比实验。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明构思前提下对本发明工艺进行改进，都属于本发明要求保护的范围。

具体实施方式

实施例1

铸锭由大容量炉熔融原料，经半连续铸造，车削去皮得成分为mg-8al-0.5ag-0.4zn-0.1mn-0.1re-0.001ca的铸锭，规格为φ580mm，长度1500mm。进行250℃/10h+415℃/30h的均匀化处理；接着加热挤压模具及挤压筒，磨具温度为420℃，挤压筒温度为420℃，然后将镁合金坯料加热至400℃保温1h后放入挤压筒中，在10000t卧式油压机上进行挤压，挤压比为2.25，出口速度为4mm/s。挤压后棒材的宏观照片如图1所示。挤压产品经经400℃固溶2h后于150℃时效40处理后进行力学性能测试，结果见表1。

实施例2

铸锭由大容量炉熔融原料，经半连续铸造，车削去皮得成分为mg-8.5al-0.8ag-0.4zn-0.1mn-0.1re-0.002ca的铸锭，规格为φ580mm，长度1500mm。进行250℃/10h+415℃/30h的均匀化处理；接着加热挤压模具及挤压筒，磨具温度为340℃，挤压筒温度为400℃，然后将镁合金坯料加热至420℃保温3h后放入挤压筒中，在10000t卧式油压机上进行挤压，挤压比为4，出口速度为3mm/s。挤压后棒材的宏观照片如图2所示。挤压产品经经410℃固溶1h后于175℃时效36处理后进行力学性能测试，结果见表1。

实施例3

铸锭由大容量炉熔融原料，经半连续铸造，车削去皮得成分为mg-9al-0.2ag-0.4zn-0.1mn-0.1re-0.001ca的铸锭，规格为φ580mm，长度1500mm。进行250℃/10h+415℃/30h的均匀化处理；接着加热挤压模具及挤压筒，磨具温度为420℃，挤压筒温度为340℃，然后将镁合金坯料加热至340℃保温2h后放入挤压筒中，在10000t卧式油压机上进行挤压，挤压比为6.25，出口速度为1.5mm/s。挤压后棒材的宏观照片如图3所示。挤压产品经380℃固溶3h后于200℃时效处理20h后进行力学性能测试，结果见表1。

表1aq80m挤压棒材150℃拉伸力学性能