专利名称：一种镁合金挤压焊丝的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊丝生产工艺，特别涉及一种AZ系列镁合金挤压焊丝的生产工艺，属 于镁合金材料技术领域。
背景技术：
镁合金作为一种新型的高性能轻质金属结构材料，在实际应用中需要高质量、高 效的连接技术的支持，焊接是常用的连接方法之一。镁合金焊接所需的焊丝，可通过铸造、 挤压以及挤压拉拔相结合三种方法生产。铸造法生产的焊丝通常存在夹渣、疏松等缺陷， 在使用前需要筛选，且只能满足小批量生产。目前焊丝的主要生产方法是挤压法、拉拔法和 挤压拉拔法。根据各种牌号镁合金的成分不同，其生产方法还有所差异，以应用最广的AZ系列 镁合金焊丝为例，AZ31合金焊丝可采用拉拔法或挤压拉拔来制作(徐奔.AZ31镁合金丝材 拉拔工艺的研究，哈尔滨工业大学硕士论文，2006年6月)。AZ61镁合金可以采用热挤压法 生产2. Omm以上的丝，继而采用小缩减量、多道次的热拉拔法，将2. Omm以上的丝拉拔成直 径为2. Omm以下的焊丝(金文中，刘顺华，刘黎明，胡晓菊，董长富.AZ61镁合金焊丝的成形 及性能的研究和进展，上海有色金属2004，25 (1):1-4)。AZ91合金采用热挤压法可制备表 面光洁、性能良好的直径3-4mm焊丝(王冰.热挤压法制备镁合金焊丝及其焊接接头分析， 西安理工大学硕士学位论文，2007，3月)。总之，从现有报道看，国内在生产直径小于2mm的 焊丝时，通常通过对挤压的丝进行后续的热拉拔来实现(金文中，刘顺华，镁合金焊丝的热 挤压-拉拔工艺及其变形机理，材料科学与工艺，(Vol. 13，No. 5，466-469)，生产效率较低。 现有的挤压生产方法(ZL200710036341. 4)虽然可制备l_4mm直径的镁合金焊丝，但没有针 对不同牌号的镁合金制定其焊丝的具体生产工艺，不利于针对各种合金在保证焊丝质量的 同时，提高生产效率，降低生产成本。以往的焊丝热挤压法为先将坯料加热至设定的挤压温度并保温一定时间，同时 将模具和挤压垫加热到合适温度，其温度一般比坯料温度低15-20K ；将挤压模具安装在模 座上，坯料装进挤压筒，进行挤压操作。上述方法在焊丝的挤压生产中，当焊丝直径超过3mm 时，挤压较容易进行，质量基本可得到保障，但在生产直径3mm以下的镁合金焊丝时，通常 合金难以挤出或挤出速度很慢，速度稍高则焊丝的质量下降，因而生产效率极低。其原因在 于
当挤压温度过低时，镁合金的塑性流动性较差，在模具型口处将受到较大的摩擦阻力， 导致焊丝表面产生划伤或起皮，表面粗糙不利于焊丝在自动送丝机上使用。当镁合金中的 合金元素含量较高时，如果均勻化不充分，当挤压温度过高或出丝速度过快时，焊丝表面会 出现大量的热裂纹。热裂纹的产生与金属在挤压过程中的受力与流动情况有关，由于模具 的约束和接触摩擦的作用使焊丝外层金属受到拉应力作用，当拉应力达到金属的实际断裂 强度极限时，表面就会出现向内部扩展的裂纹。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种可以制备0. 6 3mm 不同直径的镁合金焊丝、且成本较低，工艺简单、焊丝质量有保证的镁合金焊丝热挤压法生 产工艺。本发明的技术方案是这样实现的
(1)先对镁合金铸锭进行高温均勻化处理；
(2)在铸锭完成均勻化退火之前1小时，将镁合金焊丝挤压模具和挤压垫放入镁合金 铸锭均勻化处理加热炉中加热；镁合金铸锭完成高温均勻化处理后不出炉，直接调节加热 炉温度至铸锭挤压温度，使铸锭、挤压模具和挤压垫在该温度下保温均热1 3小时；
(3)将保温后的挤压模具放入模座固定，镁合金铸锭放入挤压机的挤压筒里，然后放入 挤压垫，进行挤压操作；针对不同的合金控制不同的挤压速度，镁合金铸锭为AZ31时，焊丝 的挤压速度控制在12m/min以下，镁合金铸锭为AZ61时，焊丝的挤压速度控制在Sm/min以 下，镁合金铸锭为AZ91时，焊丝的挤压速度控制在5m/min以下；在挤压机出口处对刚出来 的焊丝采用(X)2气体保护，直到焊丝冷却到250°C以下时取消CO2气体保护，再对焊丝进行 卷曲并用风机吹风冷却，即得镁合金焊丝。第(1)步中镁合金铸锭的均勻化退火处理，对不同的镁合金铸锭，采用不同的温度 和保温时间当镁合金铸锭为AZ31时，均勻化处理工艺为390 440°C X 12 14h ；当镁合 金铸锭为AZ61时，均勻化处理采用300 350°C X8h + 400 450°C X8 IOh双级处理 工艺；当镁合金铸锭为AZ91时，均勻化处理采用270 320°C XlOh + 380 430°C X 12 14h双级处理工艺。第(2)步中镁合金铸锭的挤压温度即保温温度，保温温度低于均勻化温度10 400C ；不同成分的镁合金的挤压温度范围为AZ31合金为350 430°C ；AZ61合金为370 4400C ；AZ91合金为350 420°C ；焊丝直径越小，宜选取较高的挤压温度。第(2)步中挤压模具和挤压垫与坯料一起保温均热，保温时间为1 3小时；视不 同的坯料尺寸和合金种类以及模具的尺寸，选取保温时间坯料和模具尺寸越大，所需保温 时间越长。根据镁合金合金型号的不同选用不同模孔数的挤压模具。镁合金铸锭为AZ31时 挤压模具的模孔数多于镁合金铸锭为AZ61时挤压模具的模孔数；镁合金铸锭为AZ61时挤 压模具的模孔数多于镁合金铸锭为AZ91时挤压模具的模孔数。本发明针对不同合金成分的镁合金焊丝的生产制定均勻化工艺、热挤压温度和速 度，有利于提高各种成分镁合金焊丝的热挤压速率，提高生产效率和产品质量。充分的均勻 化有助于消除合金坯料中的局部成分不均勻性，避免局部的低熔点共晶成分在高温下熔化 而造成热裂纹。而针对不同合金含量的镁合金焊丝的挤压生产，限定其挤压温度和速度范 围，可避免因坯料挤压温度过高和挤压速度过快而造成挤压过程中焊丝出现热裂纹。总之，本方法具有成本低，工艺简单易操作的优点，能够制备0. 6 3mm不同直径 的高品质AZ系列镁合金焊丝；不仅生产效率高，而且生产出来的焊丝具有力学性能好、表 面均勻光洁等优点。
具体实施例方式本发明镁合金焊丝挤压生产方法可以制备0. 6 3mm不同直径的AZ系列镁合金 焊丝，满足工业生产的需求。本发明AZ系列镁合金焊丝的挤压生产工艺涉及的主要设备有(卧式)挤压机、镁合 金焊丝挤压模具和镁合金坯料加热设备。上述镁合金焊丝挤压模具为多模孔工作带的挤压 模具。本发明的具体生产方法为
1.先对镁合金铸锭进行高温均勻化处理，以消除铸锭组织对加工性能带来的不利影 响，改善铸锭化学成分和局部组织的不均勻性，避免局部的低熔点共晶成分在高温下熔化 而造成热裂纹，提高成形性。根据不同的合金型号，均勻化工艺有所不同，具体为当镁合金 铸锭为AZ31时，均勻化处理工艺为390 440°C X 12 14h ；当镁合金铸锭为AZ61时，均 勻化处理采用300 350°C X8h + 400 450°C X8 IOh双级处理工艺，即300 350°C 温度下保温8小时，再升温至400 450°C下保温8 IOh ；当镁合金铸锭为AZ91时，均勻 化处理采用270 320°C X IOh + 380 430°C X 12 14h双级处理工艺。均勻化时尽量采用温度的上限，温度越高越有利于组织成分均勻扩散，但是温度 不宜过高，防止镁合金在加热设备中燃烧。2.采用焊丝模具的上下模之间的工作带设计成带有孔径尺寸为0. 6 3mm的多 孔工作带，其中模孔布置在距模具中心一定距离的同心圆上，且各孔之间的距离相等。模孔数目η的确定n=FQ/ (AF1) 式中Ftl-挤压筒断面积；
F1-单根制品断面积；
λ -合理的挤压比范围(镁合金制品挤压比一般为10 100)； 其中模孔的数量还要考虑镁合金的合金含量，以AZ系列为例，镁合金铸锭为ΑΖ31时挤 压模具的模孔数多于镁合金铸锭为ΑΖ61时挤压模具的模孔数；镁合金铸锭为ΑΖ61时挤压 模具的模孔数多于镁合金铸锭为ΑΖ91时挤压模具的模孔数。3.在铸锭完成均勻化退火之前1小时，将镁合金焊丝挤压模具和挤压垫放入镁 合金铸锭均勻化处理加热炉中与铸锭一起加热；当镁合金铸锭完成高温均勻化处理后不出 炉，直接调节加热炉温度至铸锭挤压温度，使铸锭、挤压模具和挤压垫在该温度下保温均热 1 3小时；
铸锭的挤压温度即保温温度，保温温度应当低于均勻化温度10 40°C ；不同成分的镁 合金的挤压温度范围为AZ31合金为350 430°C ；AZ61合金为370 440°C ；AZ91合金为 350 420O。本发明将挤压模具和挤压垫与坯料一起保温均热，焊丝直径越小，宜选取较高的 保温温度。保温时间则视不同的坯料尺寸和合金种类以及模具的尺寸而定，坯料和模具尺 寸越大，所需保温时间越长。铸锭挤压温度是挤压变形时最重要的参数，它不但影响挤压过程的进行，还影响 成品率、产品的质量以及组织和力学性能等。
在挤压镁合金焊丝时，如果变形温度较低时，由于镁合金塑性变形时滑移系少，镁 合金中存在大量的孪晶，位错难以通过运动而实现重组，所以动态再结晶不易发生。焊丝表 面会出现大量的划痕以及起皮，由于挤压温度较低，金属的塑性流动性较差，在模具出口处 将受到较大的摩擦，可导致焊丝表面产生划伤或起皮。当挤压温度升高后，合金中原子热振 荡及扩散速率增加，位错的滑移、攀移、交滑移比低温下更容易，当热变形金属内的位错密 度上升到一定值，即驱动力足够大时，合金就会发生动态再结晶，组织越均勻，越有利于减 少挤压力。但是在相同挤压力的情况下，挤压温度过高，会出现出丝速度过快，焊丝表面出 现大量热裂纹的情况。裂纹的产生与金属在挤压过程中的受力与流动情况有关。由于模具 的约束和接触摩擦的作用而使坯料表面的合金向前运动受到了阻碍，使焊丝中心部位的金 属流速大于外层金属流速，从而使外层金属受到拉应力作用，中心受到了压应力作用。由于 附加应力的产生改变了变形区内的基本应力状态，使表面层轴向工作应力成为拉应力。当 这些拉应力达到金属的断裂强度极限时，在表面就会出现向内部扩展的裂纹。根据生产实 践可知在以上的具体温度范围内和保温时间下挤压能得到品质优良的镁合金焊丝。镁合金的变形温度范围较窄，导热性较好，若与冷模接触，急冷时极易产生裂纹， 同时坯料因迅速传热到模具而温度降低，致使坯料合金的挤压流动性变差，所以必须对模 具进行加热。由于锭坯与模具的接触面积较大，变形时间较长，模具的加热温度一般要低于 坯料加热温度，但考虑到模具安装过程中的散热很严重，可将模具、垫片与坯料一起加热和 保温，以减少工艺环节和设备成本。4.当焊丝挤压模具、镁合金铸锭的保温时间合适，将挤压模具放入模座固定，将保 温处理的镁合金铸锭放入挤压机的挤压筒里，然后放入加热到温的挤压垫，进行挤压操作， 挤压杆进入挤压筒，推动挤压垫对镁合金铸锭进行挤压。根据挤压焊丝的质量控制，调整挤 压速度控制在12m/min以下。在挤压出口处设置二氧化碳气体箱对刚出来的焊丝进行气体 保护(防止其在高温下氧化)，直到焊丝冷却到250°C以下时取消CO2气体保护，再对焊丝进 行卷曲并用风机吹风冷却(可有效避免热裂纹，加快焊丝成形)，可得到优质的镁合金焊丝。 挤压温度(即坯料温度)的设定以容易挤压为目的，在考虑镁合金种类、物理性能及力学性 能条件，且在不影响焊丝质量的情况下，尽量采用挤压温度范围的上限。对于镁合金焊丝挤压速度的控制原则是在保证焊丝表面不产生裂纹毛刺及尺寸 等问题下，当挤压机能力允许时，速度越快越好。根据生产实践表明，以AZ系列为例，挤压 速度不能太快，随着挤压速度的增加，表面质量降低，当挤压速度过高时(12mm/s)，表面会 出现裂纹。根据不同的合金型号，挤压速度有所区别，具体实施例见下表
权利要求
1.一种镁合金挤压焊丝的生产工艺，其特征在于它包括如下步骤(1)先对镁合金铸锭进行高温均勻化处理；(2)在铸锭完成均勻化退火之前1小时，将镁合金焊丝挤压模具和挤压垫放入镁合金 铸锭均勻化处理加热炉中加热；镁合金铸锭完成高温均勻化处理后不出炉，直接调节加热 炉温度至铸锭挤压温度，使铸锭、挤压模具和挤压垫在该温度下保温均热1 3小时；(3)将保温后的挤压模具放入模座固定，镁合金铸锭放入挤压机的挤压筒里，然后放入 挤压垫，进行挤压操作，在挤压机出口处对刚出来的焊丝采用CO2气体保护，直到焊丝冷却 到250°C以下时取消CO2气体保护，再对焊丝进行卷曲并用风机吹风冷却，即得镁合金焊丝。
2.根据权利要求1所述的镁合金挤压焊丝的生产工艺，其特征在于当镁合金铸锭为 AZ31时，第(1)步均勻化处理工艺为390 440°C X 12 14h ；当镁合金铸锭为AZ61时， 均勻化处理采用300 350°C X8h + 400 450°C X8 IOh双级处理工艺；当镁合金铸 锭为A^l时，均勻化处理采用270 320°C X IOh + 380 430°C X 12 14h双级处理工 艺。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金挤压焊丝的生产工艺，其特征在于第(2)步中镁 合金铸锭的挤压温度即保温温度，保温温度低于均勻化温度10 40°C;镁合金铸锭为AZ31 时，保温温度为350 430°C;镁合金铸锭为AZ61时，保温温度为370 440°C;镁合金铸锭 为AZ91时，保温温度为350 420°C。
4.根据权利要求3所述的镁合金挤压焊丝的生产工艺，其特征在于镁合金铸锭为 AZ31时，第(3)步焊丝的挤压速度控制在12m/min以下，镁合金铸锭为AZ61时，焊丝的挤压 速度控制在8m/min以下，镁合金铸锭为AZ91时，焊丝的挤压速度控制在5m/min以下。
5.根据权利要求4所述的镁合金挤压焊丝的生产工艺，其特征在于镁合金铸锭为 AZ31时挤压模具的模孔数多于镁合金铸锭为AZ61时挤压模具的模孔数；镁合金铸锭为 AZ61时挤压模具的模孔数多于镁合金铸锭为AZ91时挤压模具的模孔数。
全文摘要
本发明公开了一种镁合金挤压焊丝的生产工艺，先对镁合金铸锭进行高温均匀化处理；在铸锭完成均匀化退火之前1小时，将挤压模具和挤压垫放入均匀化处理加热炉中加热；铸锭均匀化处理后不出炉，直接调节加热炉温度至铸锭挤压温度，使铸锭、挤压模具和挤压垫在该温度下保温；最后再进行挤压操作，在挤压机出口处对刚出来的焊丝采用CO2气体保护，直到焊丝冷却到250℃以下时取消CO2气体保护，再对焊丝进行卷曲并用风机吹风冷却即得镁合金焊丝。本方法具有成本低，工艺简单易操作的优点，能够制备0.6～3mm不同直径的高品质AZ系列镁合金焊丝；不仅生产效率高，而且生产出来的焊丝具有力学性能好、表面均匀光洁等优点。
文档编号B23K35/40GK102059483SQ20101061191
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者彭建, 汤爱涛 申请人:重庆研镁科技有限公司