本發(fā)明屬于有色金屬的成型加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的熱旋鍛方法。

背景技術(shù)：

金屬棒材是一種應(yīng)用廣泛的型材，高強(qiáng)度的鎂合金棒材作為可降解金屬型材具有良好的應(yīng)用前景。目前，鎂合金棒材主要通過鑄造和擠壓的方法加工。鑄造鎂合金晶粒粗大且力學(xué)性能較差。相比而言，擠壓制備的鎂合金棒材晶粒細(xì)小且具有更高的強(qiáng)度和塑性。然而，擠壓直徑10mm以下的小規(guī)格鎂合金棒材對(duì)模具要求較高且模具損耗嚴(yán)重，而且擠壓出的棒材直線度較差。塑性變形是提升鎂合金力學(xué)性能尤其是強(qiáng)度的重要方法。然而，鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫變形易發(fā)生開裂，高溫變形又易發(fā)生晶粒長大和熱裂，適當(dāng)?shù)淖冃螠囟葏^(qū)間窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的加工方法。該方法利用旋鍛加工方法的高頻次鍛壓，細(xì)化組織，從而大幅度提升鎂合金棒材的強(qiáng)度。采用本發(fā)明的方法加工的鎂合金小規(guī)格棒材，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較擠壓制備的可分別提升33％～44％和33％～50％。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，該方法為：將直徑不大于50mm的鎂合金棒坯在溫度為280℃～380℃的條件下進(jìn)行多道次熱旋鍛，得到直徑不大于10mm的鎂合金棒材，所述鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度大于290MPa，所述鎂合金棒材的屈服強(qiáng)度大于250MPa，所述熱旋鍛的道次壓縮率為15％～40％，所述鎂合金棒材的累積壓縮率為60％～98％，其中當(dāng)熱旋鍛的累積壓縮率超過70％時(shí)進(jìn)行中間退火處理，相鄰兩次中間退火處理之間的累積壓縮率為70％～85％，所述中間退火處理的溫度為200℃～450℃，所述退火處理的保溫時(shí)間為20min～60min。

上述的一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，所述鎂合金棒坯熱旋鍛之前，在所述鎂合金棒坯外均勻涂抹潤滑劑，所述潤滑劑由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:(10～15)的質(zhì)量比混合而成。

上述的一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，每道次熱旋鍛和中間退火熱處理后均對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行機(jī)械打磨。

上述的一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，所述熱旋鍛過程中控制旋鍛機(jī)頭主軸的轉(zhuǎn)速為200r/min～400r/min。

上述的一種高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，所述熱旋鍛的送料速度為0.2m/min～2m/min。

本發(fā)明制備高強(qiáng)度鎂合金小規(guī)格棒材過程中，壓縮率指棒材壓變形所產(chǎn)生的變形百分比，計(jì)算公式為：(A₀-A₁)×100％/A₀，其中A₀為變形前棒材的截面積，A₁為變形后棒材的截面積，道次壓縮率指經(jīng)過一道次加工后棒材所產(chǎn)生的變形百分比，累積壓縮率指經(jīng)過若干道次之后棒材累積產(chǎn)生的變形百分比。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用熱旋鍛法制備鎂合金小規(guī)格棒材，該方法利用旋鍛加工的高頻次鍛壓和熱加工下鎂合金可產(chǎn)生較大的壓變形，細(xì)化組織，從而大幅度提升鎂合金棒材的強(qiáng)度。

2、本發(fā)明的變形溫度選擇在280℃～380℃下主要是由于鎂合金在此溫度下更多的滑移系可啟動(dòng)參與變形，易于加工成形，晶粒細(xì)化顯著，從而強(qiáng)度提升更明顯。

3、本發(fā)明制備的鎂合金棒材的累積壓縮率為60％～70％時(shí)，不用中間退火即可產(chǎn)生高強(qiáng)度的鎂合金棒材，該工藝流程短、效率高、節(jié)能；若鎂合金棒材累積壓縮率超過70％時(shí)，需進(jìn)行中間退火熱處理，然后繼續(xù)熱旋鍛，可大范圍的調(diào)控棒材的規(guī)格尺寸，工藝易于控制，制備出的小規(guī)格棒材塑性較優(yōu)。

4、采用本發(fā)明的方法加工的鎂合金小規(guī)格棒材，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較擠壓可分別提升了33％～44％和33％～50％。

5、本發(fā)明采用由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:(10～15)的質(zhì)量比混合而成的潤滑劑涂抹鎂合金棒坯，經(jīng)過多道次熱旋鍛加工出的鎂合金棒材具有較優(yōu)的表面質(zhì)量。

6、本發(fā)明的加工方法適用于鎂合金棒材的制備，尤其是直徑小于10mm的鎂合金小規(guī)格棒材，避免了現(xiàn)有加工方法存在的工藝難以控制和性能穩(wěn)定性差、直線度差的問題。

下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例4制備的WE54鎂合金棒材的顯微組織圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例5制備的AZ31鎂合金棒材的顯微組織圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

以熱旋鍛法加工直徑4.5mm的AZ61鎂合金棒材為例，方法如下：

對(duì)直徑12mm的AZ61鎂合金棒坯進(jìn)行4道次熱旋鍛，得到直徑為4.5mm的AZ61鎂合金棒材，經(jīng)4道次熱旋鍛后的AZ61鎂合金棒材的累積壓縮率為85.9％，每道次熱旋鍛前在鎂合金棒坯外均勻涂抹由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:12.5的質(zhì)量比混合的潤滑劑，熱旋鍛的送料速度為0.2m/min～1m/min，熱旋鍛工藝參數(shù)見表1；

表1實(shí)施例1的熱旋鍛工藝參數(shù)

第1～4道次熱旋鍛后均對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行機(jī)械打磨；第3道次熱旋鍛后對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行350℃保溫40min的中間退火處理，然后將表面打磨光亮，再進(jìn)行第4道次熱旋鍛。

本實(shí)例制備的AZ61鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為326MPa，屈服強(qiáng)度為271MPa，而采用傳統(tǒng)擠壓方法加工的同尺寸的AZ61鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為244MPa，屈服強(qiáng)度為201MPa。由此可見，采用本實(shí)施例的方法加工的AZ61鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)擠壓法制備的AZ61鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度高33.6％，屈服強(qiáng)度高34.8％。

實(shí)施例2

以熱旋鍛法加工直徑10mm的Mg-2Zn-0.1Ca棒材為例，方法如下：

對(duì)直徑30mm的Mg-2Zn-0.1Ca棒坯進(jìn)行7道次熱旋鍛，得到直徑為10mm的Mg-2Zn-0.1Ca棒材，經(jīng)7道次熱旋鍛后的所述Mg-2Zn-0.1Ca棒材的累積壓縮率為88.9％，每道次熱旋鍛前在鎂合金棒坯外均勻涂抹由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:15的質(zhì)量比混合的潤滑劑，熱旋鍛的送料速度為0.8m/min～2m/min，熱旋鍛工藝參數(shù)見表2；

表2實(shí)施例2的熱旋鍛工藝參數(shù)

第1～7道次熱旋鍛后均對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行機(jī)械打磨；第4道次熱旋鍛后對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行200℃保溫60min的中間退火處理，然后將表面打磨光亮，再進(jìn)行第5道次熱旋鍛。

本實(shí)例制備的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為391MPa，屈服強(qiáng)度為337MPa，而采用傳統(tǒng)擠壓方法加工的同尺寸的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為283MPa，屈服強(qiáng)度為230MPa。由此可見，采用本實(shí)施例的方法加工的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)擠壓法制備的Mg-2Zn-0.1Ca棒材的抗拉強(qiáng)度高38.2％，屈服強(qiáng)度高46.5％。

實(shí)施例3

以熱旋鍛法加工直徑8mm的Mg-5Zn棒材為例，方法如下：

對(duì)直徑50mm的Mg-5Zn棒坯進(jìn)行6道次熱旋鍛，得到直徑為8mm的Mg-5Zn棒材，經(jīng)6道次熱旋鍛后的所述Mg-5Zn棒材的累積壓縮率為84％，每道次熱旋鍛前在鎂合金棒坯外均勻涂抹由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:15的質(zhì)量比混合的潤滑劑，熱旋鍛的送料速度為0.2m/min～2m/min，熱旋鍛工藝參數(shù)見表3；

表3實(shí)施例3的熱旋鍛工藝參數(shù)

第1～11道次熱旋鍛后均對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行機(jī)械打磨；第4道次熱旋鍛后對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行250℃保溫60min的中間退火處理，然后將表面打磨光亮，再進(jìn)行第5道次熱旋鍛；第8道次熱旋鍛后對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行250℃保溫60min的中間退火處理，然后將表面打磨光亮，再進(jìn)行第9道次熱旋鍛。

本實(shí)例制備的Mg-5Zn棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為383MPa，屈服強(qiáng)度為322MPa，而采用傳統(tǒng)擠壓方法加工的同尺寸的Mg-5Zn棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為288MPa，屈服強(qiáng)度為241MPa。由此可見，采用本實(shí)施例的方法加工的Mg-5Zn棒材的抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)擠壓法制備的Mg-5Zn棒材的抗拉強(qiáng)度高33％，屈服強(qiáng)度高33.6％。

實(shí)施例4

以熱旋鍛法加工直徑3.6mm的WE54鎂合金棒材為例，方法如下：

對(duì)直徑24mm的WE54鎂合金棒坯進(jìn)行10道次熱旋鍛，得到直徑為4.5mm的WE54鎂合金棒材，10道次所述WE54鎂合金棒材的累積壓縮率為97.8％，每道次熱旋鍛前在WE54鎂合金棒坯外均勻涂抹由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:10的質(zhì)量比混合的潤滑劑，熱旋鍛的送料速度為0.2m/min～1m/min，熱旋鍛工藝參數(shù)見表4；

表4實(shí)施例4的熱旋鍛工藝參數(shù)

第1～10道次熱旋鍛后均對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行機(jī)械打磨；第4道次熱旋鍛后對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行450℃保溫20min的中間退火處理，然后將表面打磨光亮，再進(jìn)行第5道次熱旋鍛；第8道次熱旋鍛后對(duì)WE54鎂合金棒坯進(jìn)行450℃保溫20min的中間退火處理，然后將表面打磨光亮，再進(jìn)行第9道次熱旋鍛。

圖1是本實(shí)施例制備的WE54鎂合金棒材的顯微組織圖，從圖中可以看出該合金的第二相被破碎且分布均勻，晶粒非常細(xì)小。本實(shí)例制備的WE54鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為367MPa，屈服強(qiáng)度為296MPa，而采用傳統(tǒng)擠壓方法加工的同尺寸的WE54鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為266MPa，屈服強(qiáng)度為212MPa。由此可見，采用本實(shí)施例的方法加工的WE54鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)擠壓法制備的WE54鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度高40％，屈服強(qiáng)度高39.6％。

實(shí)施例5

以熱旋鍛法加工直徑8mm的AZ31鎂合金棒材為例，方法如下：

對(duì)直徑14mm的AZ31鎂合金棒坯進(jìn)行4道次熱旋鍛，得到直徑為4.5mm的AZ31鎂合金棒材，經(jīng)4道次熱旋鍛后的AZ31鎂合金棒材的累積壓縮率為67.4％，每道次熱旋鍛前在鎂合金棒坯外均勻涂抹由石墨粉、二硫化鉬和黃油按照2:1:12.5的質(zhì)量比混合的潤滑劑，每道次熱旋鍛后對(duì)鎂合金棒坯進(jìn)行機(jī)械打磨，熱旋鍛的送料速度為0.2m/min～1m/min，熱旋鍛工藝參數(shù)見表5；

表5實(shí)施例5的熱旋鍛工藝參數(shù)

本實(shí)例制備的AZ31鎂合金棒材的過程中不需進(jìn)行中間退火熱處理。

圖2是本實(shí)施例制備的AZ31鎂合金棒材的顯微組織圖，從圖中可以看出該合金的組織比較均勻，晶粒細(xì)?。槐緦?shí)例制備的AZ31鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為337MPa，屈服強(qiáng)度為280MPa，而采用傳統(tǒng)擠壓方法加工的同尺寸的AZ31鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為234MPa，屈服強(qiáng)度為187MPa。由此可見，采用本實(shí)施例的方法加工的AZ31鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)擠壓法制備的AZ31鎂合金棒材的抗拉強(qiáng)度高44％，屈服強(qiáng)度高49.7％。并且本實(shí)例制備的AZ31鎂合金棒材的過程中不需進(jìn)行中間退火熱處理，相比實(shí)施例1～4需要進(jìn)行中間退火熱處理的制備方法，該方法還顯著地降低了加工成本，減少加工時(shí)間，提高加工效率，制備出的AZ31鎂合金棒材能達(dá)到應(yīng)用的力學(xué)性能要求。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。