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MB2鎂合金鍛造工藝研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時(shí)間：2015-03-25
為確定MB2鎂合金在普通設(shè)備上直接鍛造時(shí)的工藝參數(shù)，開展了MB2鎂合金的鍛造工藝試驗(yàn)研究。
1 引言
鎂合金是實(shí)用金屬中密度最低的金屬，具有比強(qiáng)度高、剛度好、抗震減噪性能好等特點(diǎn)，是較為理想的結(jié)構(gòu)金屬材料，在航空、航天、汽車、3C產(chǎn)品以及軍工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用潛力。過去，鎂合金主要應(yīng)用于冶煉行業(yè)，而在結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用僅限于航空航天方面的少量需求。近年來，隨著鎂生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用得到了極大關(guān)注。資料顯示，日本、新加坡和中國臺灣等在鎂合金的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面取得了較大的進(jìn)展。
在開發(fā)某設(shè)備瞄鏡時(shí)，原設(shè)計(jì)中瞄鏡外殼的材料采用的是普通碳鋼，質(zhì)量達(dá)7.8kg，由于其懸臂安裝在主機(jī)上，且要承受很大的沖擊振動，工作時(shí)由于沖擊振動的慣性作用，很容易發(fā)生變形直至失效。為了減輕瞄鏡殼體重量，且保證其強(qiáng)度要求，經(jīng)充分論證最終選用了MB2鎂合金鍛造毛坯。為確定該合金在普通設(shè)備上直接鍛造時(shí)的工藝參數(shù)，開展了MB2鎂合金的鍛造工藝試驗(yàn)研究。
2 鍛造鎂合金的特性
金屬鎂具有密集六方晶格結(jié)構(gòu)，室溫下只有基面{0001}產(chǎn)生滑移，因此鎂合金在室溫下容易脆裂；在200℃以上時(shí)第1類角錐面{1011}產(chǎn)生滑移，塑性因此有所提高；在225℃以上時(shí)第2類角錐面{1012}也可能產(chǎn)生滑移，塑性提高更大。因此鎂合金宜在200℃以上進(jìn)行成形加工。
MB2為Mg-Al-Zn系列不可熱處理強(qiáng)化的變形鎂合金，在熱態(tài)下具有較高的塑性，甚至在不利的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下也可以變形。但在較高溫度(尤其在400℃以上)下，MB2鎂合金很容易發(fā)生氧化，表面會瞬時(shí)形成一層銀白色、稍發(fā)灰且很薄的氧化膜，且與冷模接觸時(shí)，極易產(chǎn)生裂紋，因而其鍛造溫度范圍很窄。
3鍛造試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)?zāi)康?
通過對MB2鎂合金棒材在鍛造時(shí)爐膛保溫時(shí)間、鍛床夾板溫度、鍛打時(shí)間等工藝參數(shù)的對比分析，為制訂該合金的鍛造工藝提供依據(jù)。
3.2試驗(yàn)材料及設(shè)備
(1)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求：選用Φ50mm×35mm棒材改鍛成Φ98mm×18mm毛坯；(2)鍛造設(shè)備：C41—560B鍛錘；(3)加熱設(shè)備：H30型箱式電爐(電子電位控溫)；(4)測溫設(shè)備：紅外測溫儀；3.3工藝流程棒材→加熱→一次鐓粗→毛坯。
3.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)
資料顯示，MB2鎂合金的鍛造溫度范圍應(yīng)在350℃～400℃，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，影響鍛件質(zhì)量的有爐膛保溫時(shí)間、鍛床夾板溫度、鍛打時(shí)間3個(gè)主要因素。為使試驗(yàn)次數(shù)最少，把鍛造時(shí)間控制在資料推薦范圍之內(nèi)，把另外3個(gè)主要影響因素分別劃分了如表1所示的3個(gè)水平，參照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了如表2所示的9次試驗(yàn)。 4試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)后得到如表3所示的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果顯示：YD-1～6號試驗(yàn)，試樣在鍛錘上一次鍛造即發(fā)生開裂現(xiàn)象；YD-7～9號試驗(yàn)，試樣的鍛造質(zhì)量逐漸好轉(zhuǎn)，YD-9號試驗(yàn)的試樣鍛造質(zhì)量最佳。在低倍顯微鏡下對YD-9號試驗(yàn)的試樣進(jìn)行流線檢查，無流線不順現(xiàn)象，符合瞄鏡殼體的鍛造質(zhì)量要求。 4.1 溫度對鍛造質(zhì)量的影響
資料顯示，MB2鎂合金隨著加熱溫度的升高，其變形抗力逐漸變小[4]，其抗拉強(qiáng)度隨溫度變化的曲線如圖1所示。由圖1可知，在200℃時(shí)其抗拉強(qiáng)度達(dá)到125MPa，而在400℃時(shí)其抗拉強(qiáng)度降至35MPa。因此在高溫下，MB2的變形能力較高，鍛造性能好，與試驗(yàn)結(jié)果相符。 因此，保持鍛造時(shí)的溫度是保證鍛造質(zhì)量的關(guān)鍵所在，減少鍛打時(shí)間、提高鍛錘夾板溫度等措施都是為了達(dá)到這一目的。
4.2 爐膛保溫時(shí)間對鍛造質(zhì)量的影響
試驗(yàn)顯示，當(dāng)爐膛保溫時(shí)間小于3.5h時(shí)，一次鍛造即出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。因此，足夠的保溫時(shí)間能使MB2鎂合金得到充分的相變，從而滿足鍛造的需要。
經(jīng)后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)，爐膛保溫時(shí)間可按下式進(jìn)行估算：
T=(H×Δt)/60
式中T——爐膛保溫時(shí)間(h)
H——鍛造前毛坯厚度(mm)
Δt——每毫米厚材料保溫時(shí)間(經(jīng)試驗(yàn)可取Δt=10min/mm)
鎂合金是實(shí)用金屬中密度最低的金屬，具有比強(qiáng)度高、剛度好、抗震減噪性能好等特點(diǎn)，是較為理想的結(jié)構(gòu)金屬材料，在航空、航天、汽車、3C產(chǎn)品以及軍工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用潛力。過去，鎂合金主要應(yīng)用于冶煉行業(yè)，而在結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用僅限于航空航天方面的少量需求。近年來，隨著鎂生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用得到了極大關(guān)注。資料顯示，日本、新加坡和中國臺灣等在鎂合金的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面取得了較大的進(jìn)展。
在開發(fā)某設(shè)備瞄鏡時(shí)，原設(shè)計(jì)中瞄鏡外殼的材料采用的是普通碳鋼，質(zhì)量達(dá)7.8kg，由于其懸臂安裝在主機(jī)上，且要承受很大的沖擊振動，工作時(shí)由于沖擊振動的慣性作用，很容易發(fā)生變形直至失效。為了減輕瞄鏡殼體重量，且保證其強(qiáng)度要求，經(jīng)充分論證最終選用了MB2鎂合金鍛造毛坯。為確定該合金在普通設(shè)備上直接鍛造時(shí)的工藝參數(shù)，開展了MB2鎂合金的鍛造工藝試驗(yàn)研究。
2 鍛造鎂合金的特性
金屬鎂具有密集六方晶格結(jié)構(gòu)，室溫下只有基面{0001}產(chǎn)生滑移，因此鎂合金在室溫下容易脆裂；在200℃以上時(shí)第1類角錐面{1011}產(chǎn)生滑移，塑性因此有所提高；在225℃以上時(shí)第2類角錐面{1012}也可能產(chǎn)生滑移，塑性提高更大。因此鎂合金宜在200℃以上進(jìn)行成形加工。
MB2為Mg-Al-Zn系列不可熱處理強(qiáng)化的變形鎂合金，在熱態(tài)下具有較高的塑性，甚至在不利的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下也可以變形。但在較高溫度(尤其在400℃以上)下，MB2鎂合金很容易發(fā)生氧化，表面會瞬時(shí)形成一層銀白色、稍發(fā)灰且很薄的氧化膜，且與冷模接觸時(shí)，極易產(chǎn)生裂紋，因而其鍛造溫度范圍很窄。
3鍛造試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)?zāi)康?
通過對MB2鎂合金棒材在鍛造時(shí)爐膛保溫時(shí)間、鍛床夾板溫度、鍛打時(shí)間等工藝參數(shù)的對比分析，為制訂該合金的鍛造工藝提供依據(jù)。
3.2試驗(yàn)材料及設(shè)備
(1)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求：選用Φ50mm×35mm棒材改鍛成Φ98mm×18mm毛坯；(2)鍛造設(shè)備：C41—560B鍛錘；(3)加熱設(shè)備：H30型箱式電爐(電子電位控溫)；(4)測溫設(shè)備：紅外測溫儀；3.3工藝流程棒材→加熱→一次鐓粗→毛坯。
3.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)
資料顯示，MB2鎂合金的鍛造溫度范圍應(yīng)在350℃～400℃，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，影響鍛件質(zhì)量的有爐膛保溫時(shí)間、鍛床夾板溫度、鍛打時(shí)間3個(gè)主要因素。為使試驗(yàn)次數(shù)最少，把鍛造時(shí)間控制在資料推薦范圍之內(nèi)，把另外3個(gè)主要影響因素分別劃分了如表1所示的3個(gè)水平，參照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了如表2所示的9次試驗(yàn)。 4試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)后得到如表3所示的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果顯示：YD-1～6號試驗(yàn)，試樣在鍛錘上一次鍛造即發(fā)生開裂現(xiàn)象；YD-7～9號試驗(yàn)，試樣的鍛造質(zhì)量逐漸好轉(zhuǎn)，YD-9號試驗(yàn)的試樣鍛造質(zhì)量最佳。在低倍顯微鏡下對YD-9號試驗(yàn)的試樣進(jìn)行流線檢查，無流線不順現(xiàn)象，符合瞄鏡殼體的鍛造質(zhì)量要求。 4.1 溫度對鍛造質(zhì)量的影響
資料顯示，MB2鎂合金隨著加熱溫度的升高，其變形抗力逐漸變小[4]，其抗拉強(qiáng)度隨溫度變化的曲線如圖1所示。由圖1可知，在200℃時(shí)其抗拉強(qiáng)度達(dá)到125MPa，而在400℃時(shí)其抗拉強(qiáng)度降至35MPa。因此在高溫下，MB2的變形能力較高，鍛造性能好，與試驗(yàn)結(jié)果相符。 因此，保持鍛造時(shí)的溫度是保證鍛造質(zhì)量的關(guān)鍵所在，減少鍛打時(shí)間、提高鍛錘夾板溫度等措施都是為了達(dá)到這一目的。
4.2 爐膛保溫時(shí)間對鍛造質(zhì)量的影響
試驗(yàn)顯示，當(dāng)爐膛保溫時(shí)間小于3.5h時(shí)，一次鍛造即出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。因此，足夠的保溫時(shí)間能使MB2鎂合金得到充分的相變，從而滿足鍛造的需要。
經(jīng)后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)，爐膛保溫時(shí)間可按下式進(jìn)行估算：
T=(H×Δt)/60
式中T——爐膛保溫時(shí)間(h)
H——鍛造前毛坯厚度(mm)
Δt——每毫米厚材料保溫時(shí)間(經(jīng)試驗(yàn)可取Δt=10min/mm)
5結(jié)論
(1)鍛坯出爐溫度不能超過430℃，在350℃～400℃之間為宜；夾持板的溫度在300℃～355℃較為合適。
(2)如果鍛坯較薄，則散熱速度快，要求的鍛造時(shí)間更短，過薄的坯料幾乎無法進(jìn)行鍛造；對厚大鍛坯，須增加鍛造火次，方能鍛造成功。
(3)鍛造時(shí)為降低摩擦力，須采用石墨、動物油等潤滑劑以利于MB2鎂合金的流動。
(4)經(jīng)后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)，得出如表4所示的最佳鍛造工藝參數(shù)，對MB2鎂合金在普通設(shè)備上的鍛造生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
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