镁基复合材料壁板型材的制造方法
【专利摘要】镁基复合材料壁板型材的制造方法,本发明涉及一种制造镁基复合材料壁板型材的方法，它为了解决现有制造壁板型材中挤压过程易闷车，型材的弯曲度和扭转度较高的问题。制造方法：一、在熔炼炉中熔炼原料；二、加入SiC颗粒；三、铸造成镁基复合材料扁铸棒；四、切断扁铸棒；五、车去氧化皮；六、进行均匀化退火；七、对退火后的镁基复合材料扁铸锭进行挤压；八、将镁基复合材料壁板型材加热到150℃～180℃，然后进行张力矫直；九、切去头端和尾端。通过本发明的制造方法得到镁基复合材料壁板型材的弯曲度每米小于1.5mm，型材任何部位的每米长度上绕纵轴的扭转度不超过1.5°，挤压过程不发生闷车。
【专利说明】镁基复合材料壁板型材的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制造镁基复合材料壁板型材的方法。
【背景技术】
[0002] 镁基复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高和耐磨性好的优点，在航空航天、 军事领域及汽车等行业越来越得到广泛的应用。其中颗粒增强镁基复合材料具有成本低， 制备工艺简单等特点，已逐渐成为镁基复合材料领域的研究重点。现有的壁板型材材质为 镁合金，采用圆挤压筒挤压获得，挤压变形程度大，挤压过程闷车，型材外形尺寸、直线度超 出标准要求的范围，弯曲度每米为2. 5mm?3. 5mm，型材任何部位的每米长度上绕纵轴的扭 转度为2.0°?3.0°，波浪高度为LOmm?2. 0mm，无法满足用户的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决现有制造壁板型材中挤压过程易闷车，型材的弯曲度和扭转度 较高的问题，而提供的一种镁基复合材料壁板型材的制造方法。
[0004] 本发明镁基复合材料壁板型材的制造方法按下列步骤实现：
[0005] 一、按元素的质量百分比为 Al :0· 2 %、Mn :1· 3 % ?2. 2 %、Zn :0· 3 %、Ce : 0· 15%?0· 35%、Fe :彡 0· 05%、Si :彡 0· l%、Cu :彡 0· 05%、Ni :彡 0· 007%，余量为 Mg 分 另IJ称取铝锭、镁锰中间合金、锌锭、镁铈中间合金、镁铁中间合金、镁硅中间合金、铜锭、镁镍 中间合金和镁锭作为原料，将原料加入到干燥的熔炼炉中，在温度为760°C?780°C下熔炼 3. 5h?5h，得到镁合金熔液；
[0006] 二、对SiC颗粒进行预热，预热温度为490°C?510°C，保温时间为I. 5h?2. 5h，将 预热后的SiC颗粒加入到步骤一得到的镁合金熔液中，搅拌IOmin?15min，得到镁基复合 材料熔液；
[0007] 三、将步骤二制得的镁基复合材料熔液在铸造温度为710°C?740°C、铸造速度为 2. Om/h?2. 4m/h、冷却水强度为0. 05MPa?0. IOMPa和冷却水温度为KTC?20°C的条件 下铸造成横截面的宽高比为3. 2?3. 6的镁基复合材料扁铸棒；
[0008] 四、将步骤三得到的镁基复合材料扁铸棒切断，得到切断后的扁铸棒；
[0009] 五、车去切断后的扁铸棒表面的铸造氧化皮，得到去氧化皮的镁基复合材料扁铸 锭；
[0010] 六、将去氧化皮的镁基复合材料扁铸锭在退火温度为380°c?400°C的退火炉中 进行均匀化退火IOh?15h，随炉冷却得到退火后的镁基复合材料扁铸锭；
[0011] 七、将退火后的镁基复合材料扁铸锭放入加热炉中加热至360°C?430°C，然后放 入到挤压机的扁挤压筒中，在压力为500MPa?550MPa、温度为360°C?430°C的条件下以流 出速度为〇. 3m/min?0. 7m/min进行挤压，制得镁基复合材料壁板型材；
[0012] 八、将镁基复合材料壁板型材加热到150°c?180°C，然后进行张力矫直拉伸，并 依次进行辊式矫直和人工矫直，得到矫直后的镁基复合材料壁板型材；
[0013] 九、切去矫直后的镁基复合材料壁板型材的头端和尾端，完成镁基复合材料壁板 型材的制造；
[0014] 其中步骤二SiC颗粒的加入量占镁合金熔液体积分数的3%?6%。
[0015] 本发明镁基复合材料壁板型材的制造方法通过合金成分的合理配比，采用均匀化 退火消除晶内偏析和铸造应力，合理控制铸锭成分配比，保证了铸锭的成分稳定，组织均 匀，使得镁基复合材料具有良好的塑性加工变形能力。
[0016] 壁板型材作为一种宽而薄并带有许多加强筋条的特殊型材。采用扁挤压筒挤压 壁板型材，由于扁挤压筒的断面积小，形状和壁板外形相似，因此与现有圆挤压筒相比，扁 挤压筒的挤压系数小、比压高，金属流动均匀，不闷车；它所挤出的壁板型材尺寸精确，易于 矫直。镁基体具有密排六方晶体结构，对称性低，其轴比（c/a)值为1.623,接近理想的密 排值1. 633,室温滑移系少，冷加工成形困难。镁基复合材料壁板型材的加工温度如果低于 150°C时，多晶镁的塑性变形仅限于基面{0001} U斤⑴滑移和锥面丨1〇〗2]· <1孪生，变 形时只有3个几何滑移系和2个独立滑移系，易在晶界处产生大的应力集中。而本发明步 骤八将镁基复合材料壁板型材加热到150°C?180°C，高于150°C时温度升高增加了原子振 动的振幅，最密排面和次密排面的差别减小，使附加角锥滑移面丨10?1丨.、丨111 I丨启动，此时 塑性大大提高；同时由于发生回复、再结晶而造成的软化，也会使镁基体具有较高的塑性， 所以后续采用预热矫直拉伸工艺，达到了壁板型材的表面质量要求，使壁板型材的弯曲度 每米小于I. 5mm，型材任何部位的每米长度上绕纵轴的扭转度不超过1. 5°，波浪高度低于 0. 5mm〇
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明步骤三得到的镁基复合材料扁铸棒的横截面结构示意图，其中b代 表横截面的宽度，h代表横截面的高度，R代表圆弧的半径。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0018] 一：本实施方式镁基复合材料壁板型材的制造方法按下列步骤实 施：
[0019] 一、按元素的质量百分比为 Al :0· 2 %、Mn :1· 3 % ?2. 2 %、Zn :0· 3 %、Ce : 0· 15%?0· 35%、Fe :彡 0· 05%、Si :彡 0· l%、Cu :彡 0· 05%、Ni :彡 0· 007%，余量为 Mg 分 另IJ称取铝锭、镁锰中间合金、锌锭、镁铈中间合金、镁铁中间合金、镁硅中间合金、铜锭、镁镍 中间合金和镁锭作为原料，将原料加入到干燥的熔炼炉中，在温度为760°C?780°C下熔炼 3. 5h?5h，得到镁合金熔液；
[0020] 二、对SiC颗粒进行预热，预热温度为490°C?510°C，保温时间为I. 5h?2. 5h，将 预热后的SiC颗粒加入到步骤一得到的镁合金熔液中，搅拌IOmin?15min，得到镁基复合 材料熔液；
[0021] 三、将步骤二制得的镁基复合材料熔液在铸造温度为710°C?740°C、铸造速度为 2. Om/h?2. 4m/h、冷却水强度为0. 05MPa?0. IOMPa和冷却水温度为KTC?20°C的条件 下铸造成横截面的宽高比为3. 2?3. 6的镁基复合材料扁铸棒；
[0022] 四、将步骤三得到的镁基复合材料扁铸棒切断，得到切断后的扁铸棒；
[0023] 五、车去切断后的扁铸棒表面的铸造氧化皮，得到去氧化皮的镁基复合材料扁铸 锭；
[0024] 六、将去氧化皮的镁基复合材料扁铸锭在退火温度为380°C?400°C的退火炉中 进行均匀化退火IOh?15h，随炉冷却得到退火后的镁基复合材料扁铸锭；
[0025] 七、将退火后的镁基复合材料扁铸锭放入加热炉中加热至360°C?430°C，然后放 入到挤压机的扁挤压筒中，在压力为500MPa?550MPa、温度为360°C?430°C的条件下以流 出速度为〇. 3m/min?0. 7m/min进行挤压，制得镁基复合材料壁板型材；
[0026] 八、将镁基复合材料壁板型材加热到150°C?180°C，然后进行张力矫直拉伸，并 依次进行辊式矫直和人工矫直，得到矫直后的镁基复合材料壁板型材；
[0027] 九、切去矫直后的镁基复合材料壁板型材的头端和尾端，完成镁基复合材料壁板 型材的制造；
[0028] 其中步骤二SiC颗粒的加入量占镁合金熔液体积分数的3%?6%。
[0029] 在一定的变形程度范围内，挤压系数越大，壁板型材的强度、硬度越高。当减少挤 压系数时，壁板型材的强度受到损失。因此，本实施方式采用SiC颗粒增强镁基复合材料。 SiC颗粒作为镁合金基体的增强相，主要分布于晶界间，能够阻止晶界和位错的运动，导致 强度大幅度提高，以弥补由挤压变形程度减少而造成壁板型材的强度损失。
[0030] 本实施方式步骤九由于挤压制品的前端保留铸造组织，机械性能偏低，应该切除； 在尾端由于金属填充不满所形成的挤压缩尾等破坏金属连续性的缺陷亦应切除。
【具体实施方式】 [0031] 二：本实施方式与一不同的是步骤一将原料加入到干 燥的熔炼炉中，在温度为770°C下熔炼4h。其它步骤及参数与一相同。
【具体实施方式】 [0032] 三：本实施方式与一或二不同的是步骤二所述的SiC 颗粒的粒度为5 μ m?8 μ m。其它步骤及参数与一或二相同。
【具体实施方式】 [0033] 四：本实施方式与一至三之一不同的是步骤三铸造成 横截面的两侧为圆弧形，横截面的宽度b为545?565mm，高度h为150?170mm的镁基复 合材料扁铸棒。其它步骤及参数与一至三之一相同。
[0034] 本实施方式所述的镁基复合材料扁铸棒的横截面的中部为矩形，在矩形的短边侧 为半圆形，半圆的半径R为h/2。
【具体实施方式】 [0035] 五：本实施方式与一至四之一不同的是步骤四切断后 的扁铸棒的长度为900_?950_。其它步骤及参数与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0036] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤六在退火 温度为390°C的退火炉中进行均匀化退火12h。其它步骤及参数与一至五之 一相同。
【具体实施方式】 [0037] 七：本实施方式与一至六之一不同的是步骤七在压力 为530MPa、温度为390°C的条件下以流出速度为0. 5m/min进行挤压。其它步骤及参数与具 体实施方式一至六之一相同。
【具体实施方式】 [0038] 八：本实施方式与一至七之一不同的是步骤八镁基复 合材料壁板型材加热到160°C。其它步骤及参数与一至七之一相同。
[0039]
【具体实施方式】九：本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是步骤八张力矫 直拉伸的拉伸变形率为I %?3%。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0040] 实施例一：本实施例镁基复合材料壁板型材的制造方法按下列步骤实施：
[0041] 一、按元素的质量百分比为 Al :0· 2 %、Mn :1· 8 %、Zn :0· 3 %、Ce :0· 2 %、Fe : 0.03%、Si :0.02%、Cu :0.02%、Ni :0.003%，余量为Mg分别称取铝锭、镁锰中间合金、锌 锭、镁铈中间合金、镁铁中间合金、镁硅中间合金、铜锭、镁镍中间合金和镁锭作为原料，将 原料加入到干燥的熔炼炉中，在温度为770°C下熔炼4h，得到镁合金熔液；
[0042] 二、将粒度为6 μ m的SiC颗粒进行预热，预热温度为500°C，保温时间为2. 0h，将 预热后的SiC颗粒迅速加入到步骤一制得的镁合金烙液中，搅拌13min，SiC颗粒的加入量 为镁合金熔液体积分数的4%，得到镁基复合材料熔液；
[0043] 三、将步骤二制得的镁基复合材料熔液在铸造温度为730°C、铸造速度为2. 2m/h、 冷却水强度为〇. 〇8MPa和冷却水温度为15°C的条件下铸造成横截面的宽为555mm、高为 160mm的镁基复合材料扁铸棒；
[0044] 四、将步骤二得到的镁基复合材料扁铸棒切断，得到切断后长度为930mm扁铸棒；
[0045] 五、车去切断后的扁铸棒表面的铸造氧化皮，得到宽为545mm、高为150mm的去氧 化皮的镁基复合材料扁铸锭；
[0046] 六、将去氧化皮的镁基复合材料扁铸锭在退火温度为390°C的退火炉中进行均匀 化退火12h，随炉冷却，得到退火后的镁基复合材料扁铸锭；
[0047] 七、将退火后的镁基复合材料扁铸锭放入加热炉中加热至400°C，然后放入到挤压 机的扁挤压筒中，在压力为530MPa、温度为390°C的条件下以流出速度为0. 5m/min进行挤 压，制得镁基复合材料壁板型材；
[0048] 八、将镁基复合材料壁板型材加热到160°C，然后进行张力矫直拉伸，拉伸变形率 为2%，并依次进行辊式矫直和人工矫直，得到矫直后的镁基复合材料壁板型材；
[0049] 九、切去矫直后的镁基复合材料壁板型材的150mm头端和300mm尾端，完成镁基复 合材料壁板型材的制造。
[0050] 本实施例得到的镁基复合材料壁板型材的弯曲度每米为I. 2mm，型材任何部位的 每米长度上绕纵轴的扭转度为Γ，波浪高度为〇. 3mm。本实施例中弯曲度、扭拧度、波浪高 度按GB/T14846-2008标准测试。型材表面质量好，尺寸精度高，成品率为80%，力学性能稳 定，其抗拉强度为350MPa，延伸率为6. 5%。挤压过程由于挤压系数小、比压高，所需挤压力 小，金属流动均匀，因此，没发生闷车现象。
【权利要求】
1. 镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于是按下列步骤实现： 一、 按元素的质量百分比为 Al :0? 2%、Mn :1. 3%?2. 2%、Zn :0? 3%、Ce :0? 15%? 0? 35%、Fe :彡 0? 05%、Si :彡 0? l%、Cu :彡 0? 05%、Ni :彡 0? 007%，余量为 Mg 分别称取铝 锭、镁锰中间合金、锌锭、镁铈中间合金、镁铁中间合金、镁硅中间合金、铜锭、镁镍中间合金 和镁锭作为原料，将原料加入到干燥的熔炼炉中，在温度为760°C?780°C下熔炼3. 5h? 5h，得到镁合金熔液； 二、 对SiC颗粒进行预热，预热温度为490°C?510°C，保温时间为I. 5h?2. 5h，将预热 后的SiC颗粒加入到步骤一得到的镁合金烙液中，搅拌IOmin?15min，得到镁基复合材料 熔液； 三、 将步骤二制得的镁基复合材料熔液在铸造温度为710°C?740°C、铸造速度为 2. Om/h?2. 4m/h、冷却水强度为0. 05MPa?0. IOMPa和冷却水温度为KTC?20°C的条件 下铸造成横截面的宽高比为3. 2?3. 6的镁基复合材料扁铸棒； 四、 将步骤三得到的镁基复合材料扁铸棒切断，得到切断后的扁铸棒； 五、 车去切断后的扁铸棒表面的铸造氧化皮，得到去氧化皮的镁基复合材料扁铸锭； 六、 将去氧化皮的镁基复合材料扁铸锭在退火温度为380°C?400°C的退火炉中进行 均匀化退火IOh?15h，随炉冷却得到退火后的镁基复合材料扁铸锭； 七、 将退火后的镁基复合材料扁铸锭放入加热炉中加热至360°C?430°C，然后放入到 挤压机的扁挤压筒中，在压力为500MPa?550MPa、温度为360°C?430°C的条件下以流出速 度为0. 3m/min?0. 7m/min进行挤压，制得镁基复合材料壁板型材； 八、 将镁基复合材料壁板型材加热到150°C?180°C，然后进行张力矫直拉伸，并依次 进行辊式矫直和人工矫直，得到矫直后的镁基复合材料壁板型材； 九、 切去矫直后的镁基复合材料壁板型材的头端和尾端，完成镁基复合材料壁板型材 的制造； 其中步骤二SiC颗粒的加入量占镁合金熔液体积分数的3%?6%。
2. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤一将原 料加入到干燥的熔炼炉中，在温度为770°C下熔炼4h。
3. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤二所述 的SiC颗粒的粒度为5 y m?8 y m。
4. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤三铸造 成横截面的两侧为圆弧形，横截面的宽度为545?565mm，高度为150?170mm的镁基复合 材料扁铸棒。
5. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤四切断 后的扁铸棒的长度为900mm?950mm。
6. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤六在退 火温度为390°C的退火炉中进行均匀化退火12h。
7. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤七在压 力为530MPa、温度为390°C的条件下以流出速度为0. 5m/min进行挤压。
8. 根据权利要求1所述的镁基复合材料壁板型材的制造方法，其特征在于步骤八镁基 复合材料壁板型材加热到160°C。
【文档编号】C22F1/06GK104313423SQ201410653466
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】文丽华, 吉泽升, 宁慧燕, 翁江翔, 鲍春平, 唐玉玲, 王晓宏 申请人:黑龙江工程学院