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镁合金锻造工艺特点

浏览:99 发表时间:2020-07-14 16:05:15

1.坯料准备

镁合金锻造用原材料主要有铸锭和挤压棒材,大多数情况下都采用挤压棒材,仅在锻造大型模锻件时,才采用铸锭作为原材料。为提高可锻性,铸锭锻前应进行均匀化退火,以改善其塑性。镁合金挤压棒材的特点是塑性好,但其机械性能的异向性较铝合金挤压棒材严重,这是由于在挤压过程中,除形成纤维组织外,密排六方晶格脆的基面逐步转向与挤压方向重合而造成的。为了获得机械性能均匀的锻件,挤压棒材应尽可能减少机械性能异向性,为此铸锭于挤压前应进行均匀化退火,并要增大挤压时的变形程度。

镁合金下料可在圆盘锯或车床上进行,而不采用剪床下料,以防在切口处形成裂纹。除MB2MB15外,一般不推荐在热态下剁切。铸锭在锻前应进行表面机械加工,对坯料或棒料也应检查并消除表面缺陷,以防在锻造中发生开裂。MB15挤压棒材常常带有粗晶环,锻前应进行扒皮。由于镁屑易燃,下料速度应缓慢。切削时不用润滑剂和冷却液,以防镁屑燃烧和毛坯受到腐蚀。切屑要单独存放,工作场地要清洁,以防烟火和爆炸。

2.锻前加热

镁合金的加热方法与铝合金的基本相同。镁合金有良好的导热性,任何尺寸的毛坯或铸锭均可不经预热而直接放入炉膛内加热。但镁合金中的原子扩散速度慢,强化相的溶解需要较长时间,故实际采用的加热时间还是较长的。加热时间可按每毫米坯料直径(或厚度)1.52min计算。镁合金属于低塑性合金,其锻造温度范围比铝合金窄。

镁合金的加热温度和保温时间,不仅影响合金的工艺塑性,而且还影响锻件锻后的组织和机械性能,这是因为镁合金没有相变重结晶,多数镁合金是不能通过热处理强化的。如果加热温度过高、保温时间过长或加热次数过多,则再结晶愈充分且晶粒尺寸增大,使镁合金的抗拉强度和屈服强度降低,即产生软化现象。这种晶粒长大及软化现象,不能靠随后的热处理来补救,所以必须严格控制锻造工艺。加热时间与装炉量有关。电炉的正常装炉量应保证毛坯都放在炉膛有效区内,毛坯之间有一定间隙,而且不重叠。箱式电阻炉常增设框架来增加装炉量。大多数情况下,镁合金铸件的力学性能取决于锻造中的应变硬化,故应特别重视每火加热所产生的软化和变形强化的综合效果。尤其最终锻造工序的加热温度应取下限,才能保证锻件性能。但若温度过低,将形成裂纹。

镁合金锻造的一个重要目标是细化晶粒。那些在锻造温度下晶粒迅速长大的合金(MB2MB5MB7),实际中可采用降低1520℃的温度进行锻造。对于那些具有很小变形温度区间的锻件,常在最低允许温度下锻造,以得到应变硬化。MB15等合金晶粒长大缓慢,因而没有太多的晶粒长大的危险。镁合金毛坯装炉前应除去表面所涂的油膏和其他污物,以免在炉内产生硫、氢等有害气体。镁合金毛坯一般在箱式电阻炉中加热,在480℃以下不需要惰性或还原气氛。由于锻造温度远低于各种合金的熔点,若控制适当不会引起燃烧。必须保证炉内温度均匀,若装有鼓风机等强制空气循环装置对均匀加热极为有利。

3.锻造

镁合金对变形速度十分敏感,随着变形速度的增加,镁合金的塑性显著下降大多数镁合金在锤上变形时,允许变形程度不超过30%40%,而在压力机上变形时,变形程度可达60%90%。所以,液压机或慢动作机械压力机是镁合金自由锻和模锻的最常用设备。用这些设备镁合金可以锻造成具有小的内外圆角半径(例如1.5mm,5mm)及具有薄腹板(例如3.5mm)的锻件,脱模斜度可达或更小。镁合金很少用锤及高速压力机进行锻造,因为在这样的设备上锻造不采用很严格的工序,将会产生裂纹。MB1MB8等低合金化合金对变形速度不大敏感,在锤上和压力机上都有较好的加工性能。

镁合金最适宜的加工方法是挤压、闭式模锻及在型砧中自由锻造等。当用这些方法加工时,工具壁对金属形成侧压力,使得拉伸应力和拉伸应变为最小。

镁合金与铝合金,在锻造的各个方面有许多相似之处,例如,在锻件设计及模具设计方面,余量、公差和模锻斜度等,二者是相同的。因镁合金的工艺塑性比铝合金低,所以某些参数也略有差别,例如MB15MB7合金锻件的腹板厚度比相同条件下的铝合金锻件要大一些。

镁合金的流动性差,只适于单型槽模锻。对一些形状复杂尺寸较大的模锻件,一般采用自由锻制坯,最后进行单型槽模锻。模具型腔表面光洁度要高,精心抛光表面有助于锻造过程中金属的流动,并可防止锻件表面粗糙、划伤等缺陷。镁合金导热性好,遇到冷模具会产生激冷而造成裂纹。由于模锻时锻件与模具接触面积大、接触时间长,模具必须预热到比锻坯低的不太多的温度,模具预热温度一般约为250300℃。环轧模具因与工件接触面小、接触时间短,故对模具预热温度要求不严。

用于铝合金模锻的各种润滑剂均适用于镁合金。常将油剂石墨涂或喷在热模具上,油剂燃烧后在模具上余有一薄层石墨,也可采用水剂胶体石墨以提供清洁的工作条件。虽然不太方便,但有时也可直接采用喷灯火焰中残余的烟黑进行润滑。无论采用什么样的润滑剂,都要涂得均匀,并且润滑剂涂层要薄。若锻件上的石墨沉积很厚,将在酸洗时易产生点蚀或电化学腐蚀。

镁合金锻件锻后通常在空气中空冷。国外对镁合金采用锻后直接淬水以防进一步的再结晶和晶粒长大。对于一些时效硬化合金,淬水阻止了硬化成分从固溶体中析出,从而它们可在随后的时效处理中析出。

小批量生产中镁合金锻件常用带锯在冷态切边。镁合金容易产生切边裂纹,用切边模切除毛边时,适宜采用咬合式模具,尽可能使凸凹模间的间隙小或无间隙,切边温度应在200300℃之间。

4.锻件的氧化处理

镁合金抗腐蚀能力很低,所以在锻造时,如果工序之间的停留时间超过两周以上(七、八、九月不得超过240h),或者锻后不能及时进行机械加工的锻件,需要进行氧化处理,以防锻件表面锈蚀。受腐蚀的锻件表面有斑疤或小黑点,深浅不一,用常规酸洗方法去不掉。如果进行锻造,容易在小点密集处开裂,并向锻件体内扩展,造成废品。

氧化处理前需进行除油和酸洗。酸洗的目的是将锻件表面上的自然氧化物和其他杂质腐蚀掉,使基体金属表面露出,为氧化处理作好准备,同时可以更清晰地暴露锻件表面的折叠、裂纹、拉伤等缺陷,以便修伤,清除缺陷。

5.热处理

镁合金锻件热处理与铝合金的基本相同,但由于合金性质不同,镁合金热处理的强化效果不如铝合金的好。

热处理不能强化的MB1MB8合金和热处理强化作用不大的MB2合金锻件可不经热处理或只经软化退火处理。MB5合金锻件一般采用软化退火处理。退火的目的是消除应力,提高尺寸稳定性、降低腐蚀倾向和应力集中的敏感性,减小或消除各向异向性。镁合金在高温下晶粒长大倾向大,故退火温度不宜过高,否则会造成晶粒粗大,降低机械性能及抗蚀性。退火后采用空冷。

可热处理强化的MB7合金锻件,可采用固溶处理,需要时,也可进行固溶加人工时效处理。根据使用温度不同,MB15合金锻件锻后可以直接采用不同温度的人工时效处理。镁合金的过饱和固溶体比较稳定,自然时效几乎不起强化作用,除零件要求具有较高的塑性外,一般采用人工时效。镁合金在高温下容易氧化,甚至燃烧,故固溶加热时一般要用保护性气氛。加热设备要有较好的密封性,通常采用空气循环电炉。

6.模锻工艺举例

模锻工艺过程如下:(1)下料坯料尺寸φ150×168mm,端面光洁度Ra=3.2,尖角倒圆(R6)。

(2)加热电炉加热,加热温度(440±10℃,保温时间不少于5h

3)镦粗 3t模锻锤平模镦粗,锻造温度范围450350℃,锻后空冷。镦粗时轻击,滚1~2次外圆,以避免裂纹。

4)氧化处理 按镁合金氧化处理规程进行。

5)检验 发现表面缺陷并标记。


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