一种航天用高成型性镁合金锻件制造方法

技术领域

本发明涉及一种航天用高成型性镁合金锻件制造方法。

背景技术

镁合金在有色金属领域被认为是最轻的结构材料之一，其密度是铝合金的1/3到1/2。同时，具有较高的比强度和比刚度、弹性模量高、抗压缩屈服强度高、各向异性不明显、塑性和冲击韧性好的材料，是航空、航天、兵器制造等行业领域理想的结构材料之一。由于其良好的性能及轻量化的特点，在航天领域具有较高的应用价值，在相同承载力的条件下，使用镁合金作为其结构材料替代铝合金，对于航天器的减重具有极为有益的作用。但由于镁合金的密排六方晶格结构，晶格常数为a＝0.3202nm，c＝0.5199nm,轴化比为1.624，对称性低，几何滑移系和独立滑移系较少，因此，镁合金的延展性低，在常温下塑性变形能力差，锻造容易脆裂、不易成型的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法锻造镁合金锻件存在的塑性差、不易成型的问题，提供一种航天用高成型性镁合金锻件制造方法。

本发明一种航天用高成型性镁合金锻件制造方法，是按下列步骤实现：

一、铸锭加热：采用电阻式加热炉对镁合金铸锭进行加热，当铸锭温度达到260℃时，开始进行保温，保温时间为8～12h，保温过程中铸锭温度为245～265℃；

二、自由锻造用模具的加热：采用电阻式加热炉对模具进行加热，电阻式加热炉温度设定为100℃，加热总时间设定为12小时；

三、铸锭进行自由锻造获得锻件：将加热后的模具安装在生产用锻造机上，然后测量铸锭温度及模具温度，确定铸锭温度及模具温度合格后进行自由锻造，得到锻件；

四、锻件的蚀洗：对步骤三得到的锻件进行表面蚀洗，先进行浓酸洗，然后进行冷水洗，再进行稀酸洗，然后进行冷水洗，最后采用50～70℃热水进行冲洗，即完成高成型性镁合金锻件制造方法。

本发明包含以下有益效果：

本发明制造的新型超塑性镁合金锻件不仅满足标准要求，而且提高了普通镁合金的塑性，改善了成型性能，统镁合金铸锭近乎是无法直接进行锻造生产的，需要进行挤压加工后才可以具有可锻性。本发明通过步骤四加热使得滑移系增加，同时由于发生回复和再结晶造成软化，提高锻件可锻性能；通过镦粗→一次拔长→一次多方锻→二次拔长→二次多方锻→三次拔长的多次锻造方式使晶粒进一步破碎使锻造完成的锻件其各向异性不明显，塑性和冲击韧性获得较大的提高，满足航空航天领域对轻量化高塑性锻件的要求。

附图说明

图1为模具上模结构示意图；

图2为模具下模结构示意图；

图3为模具整体结构示意图；

图4为锻造工艺示意图；

图5为实施例1锻造的镁合金锻件图片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种航天用高成型性镁合金锻件制造方法是按下列步骤实现：

一、铸锭加热：采用电阻式加热炉对镁合金铸锭进行加热，当铸锭温度达到260℃时，开始进行保温，保温时间为8～12h，保温过程中铸锭温度为245～265℃；

二、自由锻造用模具的加热：采用电阻式加热炉对模具进行加热，电阻式加热炉温度设定为100℃，加热总时间设定为12小时；

三、铸锭进行自由锻造获得锻件：将加热后的模具安装在生产用锻造机上，然后测量铸锭温度及模具温度，确定铸锭温度及模具温度合格后进行自由锻造，得到锻件；

四、锻件的蚀洗：对步骤三得到的锻件进行表面蚀洗，先进行浓酸洗，然后进行冷水洗，再进行稀酸洗，然后进行冷水洗，最后采用50～70℃热水进行冲洗，即完成高成型性镁合金锻件制造方法。

本实施方式制造的新型超塑性镁合金锻件不仅满足标准要求，而且提高了普通镁合金的塑性，改善了成型性能，统镁合金铸锭近乎是无法直接进行锻造生产的，需要进行挤压加工后才可以具有可锻性。本实施方式通过步骤四加热使得滑移系增加，同时由于发生回复和再结晶造成软化，提高锻件可锻性能；通过镦粗→一次拔长→一次多方锻→二次拔长→二次多方锻→三次拔长的多次锻造方式使晶粒进一步破碎使锻造完成的锻件其各向异性不明显，塑性和冲击韧性获得较大的提高，满足航空航天领域对轻量化高塑性锻件的要求。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中电阻式加热炉为炉温均匀性为小于±5℃的电阻式加热炉，温度设定为260℃。具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中铸锭加入过程中，炉内空气的局部瞬时温度低于280℃。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中通过在铸锭上绑扎热电偶来测定铸锭的温度。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中的模具材质选用5CrNiMo热作模具钢，化学成分如下：碳C：0.50～0.60；硅Si≤0.04；锰Mn：0.50～0.80；硫S≤0.030；磷P≤0.030；铬Cr：0.50～0.80；镍Ni：允许残余含量≤0.25；铜Cu：允许残余含量≤0.30；钼Mo：0.15～0.30。其他与具体实施方式一至四之一相同。

本实施方式模具由两部分组成分别为上模具和下模具，两部分模具均为平面式模具。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中模具合格温度为：60-100℃。其他与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中铸锭合格温度为220～240℃。其他与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三的浓酸洗是在室温状态下在浓酸液中进行脱脂洗涤浸泡，浸泡时间为3～10分钟；浓酸液为HNO

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：步骤三的冷水洗是采用室温状态的自来水对锻件进行冲洗。其他与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三的稀酸洗中稀酸液为质量百分含量10～20％HNO

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是:步骤三中自由锻造的工艺为：镦粗→一次拔长→一次多方锻→二次拔长→二次多方锻→三次拔长；其中一次拔长和二次拔长时毛坯的厚度均为长度的0.3～0.4倍。其他与具体实施方式一至十之一相同。

为验证本发明的有益效果进行了以下实验：

实施例1、本实施例一种航天用高成型性镁合金锻件制造方法按下列步骤实施：

一、铸锭加热：采用炉温均匀性为小于±5℃的电阻式加热炉对牌号为LZ91的镁合金铸锭进行加热，加热炉温度设定为260℃，铸锭绑扎热电偶测定其真实温度。铸锭加入过程中对炉内空气温度进行检测，其温度局部瞬时不允许出现超过280℃。当铸锭热电偶检测温度达到260℃时，开始进行保温时间计时，保温时间为10.5小时；保温过程中铸锭温度应为258℃。

二、自由锻造用模具的选择：模具材质选用5CrNiMo热作模具钢，要求化学成分如下：碳C：0.50～0.60；硅Si≤0.04；锰Mn：0.50～0.80；硫S≤0.030；磷P≤0.030；铬Cr：0.50～0.80；镍Ni：允许残余含量≤0.25；铜Cu：允许残余含量≤0.30；钼Mo：0.15～0.30。模具由两部分组成分别为上模具和下模具，两部分模具均为平面式模具(上、下模具如附图1、2中所示)；

三、自由锻造用模具的加热：在进行步骤三后，对选择的模具进行加热。该步骤与步骤二同时进行。模具加热炉采用电阻式加热炉，加热炉温度设定为100℃，加热总时间设定为12小时。为配合步骤二中的铸锭加热情况，应计算时间，保证模具与铸锭同时达到加热要求时间，一同出炉进行下一步骤加工。模具出炉后在生产用锻造机上正确安装后，在下模具上垫厚度不大于15mm铁板后将上、下模具压合，保持5分钟后分开上、下模具，测量铁板温度为85℃；

四、铸锭进行自由锻造获得锻件：将步骤四加热完成模具准备好后，同时对步骤二加热完成后的铸锭测温，使用接触式热电偶检测，其温度为237℃。确定铸锭温度及模具温度合格，设备准备好后开始进行该步骤。自由锻造采用锻六工艺生产(即镦粗→一次拔长→一次多方锻→二次拔长→二次多方锻→三次拔长)，锻造工艺示意图如附图4所示，锻造过程中应注意在各步骤生产时的棱角锻造，以防止边部锯切过大，导致废料过多，锻造结束后应保证最终温度不低于100℃；

五、锻件的蚀洗：对步骤五完成后得到的锻件采用以下工艺进行表面蚀洗。首先进行浓酸洗，浓酸液成分为HNO

对本实施例得到的航空用新型超塑性镁合金锻件进行金属低倍组织等相关检查和对比分析，可知本实例的锻件低倍组织无铸造组织残留，满足标准要求。其塑性及成型性能良好。