专利名称：利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法。 背景技术：
镁合金具有密排六方晶格结构，室温塑性差，成形加工能力有限，限制了 镁合金在高性能结构件上的应用范围。镁合金超塑性具有优异的变形能力，而 超塑性等温锻造工艺能显著提高材料的塑性，降低材料的变形抗力，具有能一 次成形形状复杂、薄壁高筋的锻件等特点，等温锻件的机械性能均匀、尺寸稳 定性好。超塑性等温锻造已成为大变形量及复杂形状的高性能结构件成形的有 效手段，能极大改善镁合金难以成形的状况，提高材料的利用率和锻件精度。 但是实现超塑性锻造要求镁合金具有等轴细晶组织(平均晶粒尺寸￡/《10 JLl
m)且在较低的应变速率(&〈1(T33—1)下进行，如一般的镁合金都要先进行细 晶化工艺来处理，如大比挤压工艺、液态工艺、快速凝固(RS) /粉末冶金(PM) 工艺、半固态成形工艺等，因此超塑性预处理工艺比较繁杂，超塑性等温锻造 工艺成形速度慢，生产效率较低。
研究发现，对于大多数具有非典型细晶组织的工业态Mg-Al-Zn系镁合金 而言，在变形温度为340 420。C及应变速率为1xl(T-lxl0-3s^的条件下表 现出良好的超塑性，尤其是AZ70镁合金在变形温度为380。C时，表现出良好的 高应变速率(g-lxlO^s—1)超塑性变形行为，伸长率高达161.5%。工业态 AZ70的高应变速率超塑性行为改善了传统超塑性材料所要求的复杂的细晶化 处理工艺及较低的成形效率等问题，具有较强的工业应用价值。
对于常用的铸态镁合金坯锭锻造成形大变形量结构件而言，存在两方面的 问题l.尽管镁合金超塑性对组织的要求较为宽松，但铸态镁合金仍难以达到 超塑性对组织的要求，因此难以直接利用超塑性实现大变形量结构件的锻造成 形，需要进行复杂的细晶化工艺处理；2.即使相对于常规超塑性锻造成形，"高
应变速率超塑性，，(^ = 1 x 10-2 s-1)具有较高的成形效率，但对于工业化生产 而言，效率仍然偏^f氐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法， 解决铸态镁合金组织不利于采用超塑性锻造工艺的问题，同时提高锻造成形效 率。
本发明采用的技术方案如下
利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法，先将铸态镁合金墩粗预成 形，然后超塑性锻造成形；所述的墩粗预成形工艺为将坯料制备成高径比H/D 为1. 88~2. 50的圆柱坯料，然后在300 ~ 430°C、应变速率为0. 1 ~ 5s-1、压缩 量为20~50%条件下墩粗为预成形件，并在镁合金的超塑性锻造温度下退火 2~2. 8h。超塑性锻造成形工艺是在镁合金的超塑性温度下，采用相应的应变 速率进行锻造，同常规工艺。
本发明的锻造成形方法比较适合于先处理成横截面为圆形或近似圓形的 预成型件，然后再进行超塑性锻造的锻件。
进一步，所述圆柱坯料的高径比为1.90 - 2.30，这个范围内墩粗预成形处 理后的预成形件组织更为均匀，晶粒大小更接近于超塑性锻造对坯料组织的要 求。
再进一步，所述退火时间为2~2. 5h,合理的退火时间可避免混晶组织的 出现，同时又不会导致晶粒的明显长大。
为了优化超塑性锻造工艺参数，可以选择Mg-A1 -Zn系镁合金作为坯料， 利用其具有的高应变速率超塑性进一步提高锻造效率，超塑性锻造成形在温度 340 ~ 420°C,应变速率0.0001 ~0.01 s—'的条件下进行的，特别优选AZ70镁 合金在380°C,应变速率0. 01s—i条件下进行超塑性锻造。
本发明相对于现有技术，有以下优点
本发明采用墩粗预成形、超塑性锻造成形两步成形工艺，先将铸态镁合金 通过墩粗预成形工艺处理成组织接近于超塑性锻造要求的组织，解决了现有方
法中需要进行复杂的细晶化处理的问题，简化了工艺，提高了锻造效率；同时 将镁合金具有的高应变速率超塑性应用到超塑性锻造中，进一步提高锻造效 率，总体上将铸态镁合金进行超塑性锻造成形的效率提高20%以上。
(四)
图1为本发明中实施例1 5预成形件外观示意图。 图2为本发明实施例1中锻件的外观图。 图3为本发明实施例1中锻件的显微组织图。
(五)
具体实施例方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于
此
实施例1~5是利用铸态镁合金锻造成形方法制备内有深孔、薄壁的上为 圆柱体下为圆柱向圆锥过渡的变截面体的锻件。 实施例l
将AZ70铸态镁合金坯料制备成高径比H/D为2. 25的圓柱坯料，然后在400 。C,应变速率ls-'条件下墩粗，压缩量为38%，得到预成形件，形状如附图1 所示；在380。C均匀预热2h退火；将预成形件从退火炉中取出后，立即放入已 预热的模具中进行冲孔，模具温度38(TC，冲孔的应变速率为0.01 s-1，冲孔 结束得内有深孔的薄壁锻件，如附图2所示；其显微组织参见附图3。
实施例2
将AZ31铸态镁合金坯料制备成高径比(H/D)为1. 90的圆柱坯料，然后 在35(TC,应变速率为2s-'条件下墩粗，压缩量为23.8%,得到预成形件，形 状如附图l所示；在400。C均匀预热2. 3h退火；然后在温度40(TC,应变速率 0.01 s—'的条件下冲孔，得内有深孔的薄壁锻件。
实施例3
将AZ31铸态镁合金坯料制备成高径比(H/D)为2. 50的圆柱坯料，然后 在300。C、应变速率为0. ls—'条件下墩粗，压缩量为48. 1%，得到预成形件， 形状如附图l所示；在400。C均匀预热2. 5h退火；然后在温度400。C,应变速 率0. 01s-'的条件下冲孔，得内有深孔的薄壁锻件。
实施例4
将AZ70铸态镁合金坯料制备成高径比(H/D)为2. 00的圆柱坯料，然后 在40(TC、应变速率为3s^条件下墩粗，压缩量为28. 1%,得到预成形件，形 状如附图l所示；在380。C均匀预热2. 8h退火；然后在温度380。C，应变速率 0. 01s—'的条件下冲孔，得内有深孔的薄壁锻件。
实施例5
将AZ31铸态镁合金坯料制备成高径比(H/D)为2. 20的圆柱坯料，然后 在43(TC、应变速率为0. 5s—'条件下墩粗，压缩量为35.8%,得到预成形件， 形状如附图l所示；在420。C均匀预热2. 5h退火；然后在温度420。C,应变速 率0. 008s—'的条件下沖孔，得内有深孔的薄壁锻件。
权利要求
1.利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法，其特征在于所述的方法为先将铸态镁合金墩粗预成形，然后超塑性锻造成形；所述的墩粗预成形工艺为将坯料制备成高径比H/D为1.88～2.50的圆柱坯料，然后在300～430℃、应变速率为0.1～5s-1条件下，控制压缩量为20～50％墩粗为预成形件，并在镁合金的超塑性锻造温度下退火2～2.8h。
2. 如权利要求1所述的利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法，其特征在 于所述圓柱坯;降的高径比为1.90-2.30。
3. 如权利要求1所述的利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法，其特征在 于所述退火时间为2 ~ 2. 5h。
4. 如权利要求1~3之一所述的利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法， 其特征在于所述铸态铗合金为Mg-Al-Zn系镁合金，超塑性锻造成形是在温度 340 ~ 420°C,应变速率0. 0001 ~ 0. 01 s—'的条件下进行的。
5. 如权利要求4所述的利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法，其特征在 于所述铸态镁合金为AZ70镁合金，超塑性锻造成形条件为温度38(TC,应变速 率0. Ols一1。
全文摘要
本发明涉及一种利用铸态镁合金进行超塑性锻造成形的方法。先将铸态镁合金墩粗预成形，然后超塑性锻造成形；所述的墩粗预成形工艺为将坯料制备成高径比H/D为1.88～2.50的圆柱坯料，然后在300～430℃、应变速率为0.1～5s<sup>-1</sup>条件下，控制压缩量为20～50％墩粗为预成形件，并在镁合金的超塑性锻造温度下退火2～2.8h。本发明采用墩粗预成形、超塑性锻造成形两步成形工艺，先将铸态镁合金通过墩粗预成形处理成组织接近于超塑性锻造要求的组织，无需进行复杂的细晶化处理，简化了工艺；同时将镁合金具有的高应变速率超塑性应用到超塑性锻造中，进一步提高锻造效率，总体上锻造成形效率提高20％以上。
文档编号B21J1/00GK101185953SQ20071019305
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者关绍康, 吴立鸿, 盼 王, 王利国, 赵红亮 申请人:郑州大学