一種AZ80A鎂合金鍛坯擠壓多向鍛造復合工藝提高強度的方法與流程

本發明涉及一種提高az80a鎂合金鍛坯強度的方法，具體涉及一種通過鍛坯擠壓多向鍛造復合工藝提高鍛坯強度的方法。

背景技術：

鎂合金比強度、比剛度高，是常用結構金屬材料中最為輕質的，基于以上優點，鎂合金在航空航天等軍事領域，汽車制造業及手機制造業等領域有廣泛的應用前景。但是鎂合金承載結構件在這些領域應用卻未達預期，主要是一方面其強度與鋁合金、鋼鐵和鈦合金結構件相比較低，另一方面室溫下塑性和成形性較差。

az80a鎂合金是一種常用的鎂合金結構材料，其鍛坯強度較低，導致最終模鍛成形鍛件強度較低，且通過后續熱處理工藝不易改善。

技術實現要素：

本發明提供一種az80a鎂合金鍛坯擠壓多向鍛造復合工藝提高強度的方法，為解決目前az80a鎂合金鍛坯強度較低的問題。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：一種az80a鎂合金鍛坯擠壓多向鍛造復合工藝提高強度的方法，它包括以下步驟：

一、擠壓坯料：將原始az80a鎂合金鍛坯加工成一定高度和直徑的擠壓坯料，在溫度為275℃-400℃下擠壓；

二、室溫多向鍛造：將得到的擠壓坯料切取一定大小的長方體，以道次應變為0.1，對長方體相鄰的三個側面分別進行20道次室溫鍛造，得到最終的az80a鎂合金鍛坯。

本發明的有益效果是：本發明提出了一種解決az80a鎂合金鍛坯強度(包括屈服強度、抗拉強度)較低問題的方法。通過擠壓和多向鍛造復合技術獲得了在基本保證塑性的前提下，抗拉強度、屈服強度顯著提高的az80a鎂合金鍛坯。制造的鍛坯其屈服強度達到385mpa，抗拉強度達到568mpa，遠高于原始鍛態坯料的屈服強度172mpa和抗拉強度280mpa，也高于擠壓態的屈服強度197mpa和抗拉強度385mpa，該項發明可以應用于當前鎂合金鍛坯強度較低的不足，是提高鎂合金鍛坯的強度指標的一種有效方法。

附圖說明

圖1為az80a鎂合金原始擠壓坯料；

圖2為az80a鎂合金原始鍛坯的原始組織；

圖3為原始az80a鎂合金鍛坯室溫拉伸的應力應變曲線圖；

圖4為擠壓模具的凹模剖視圖；

圖5為擠壓模具的凹模實物圖；

圖6為高溫擠壓后獲得的棒材；

圖7為多向鍛造原理圖；

圖8為多向鍛造原始坯料圖；

圖9為擠壓后室溫道次應變為0.2進行2道次多向鍛造材料；

圖10為擠壓后室溫以道次應變為0.1進行20道次多向鍛造材料；

圖11為275℃擠壓后的微觀組織圖；

圖12為擠壓變形后az80a室溫多向鍛造后微觀組織圖；

圖13為圖12的局部放大圖；

圖14為擠壓變形后az80a室溫多向鍛造后透射明場像的組織圖；

圖15為擠壓變形后az80a鎂合金室溫多向鍛造室溫拉伸的應力應變曲線。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

結合圖1-圖15說明，一種az80a鎂合金鍛坯擠壓多向鍛造復合工藝提高強度的方法：它包括以下步驟：

一、擠壓坯料：將原始az80a鎂合金鍛坯加工成一定高度和直徑的擠壓坯料，在溫度為270℃-400℃下擠壓；

二、室溫多向鍛造：將得到的擠壓坯料切取一定大小的長方體，以道次應變為0.1，對長方體相鄰的三個側面分別進行20道次室溫鍛造，得到最終的az80a鎂合金鍛坯。

針對圖1的az80a鎂合金原始擠壓，圖2的原始az80a鎂合金鍛坯原始組織，進行拉伸測試獲得的應力應變曲線如圖3所示(橫坐標“strain”代表應變，縱坐標“stress”代表應力)，其中■所在的曲線表示td方向的原始鎂合金鍛坯強度，●所在的曲線表示nd方向的原始鎂合金鍛坯強度，▲所在的曲線表示rd方向的原始鎂合金鍛坯強度，原始鍛態az80a鎂合金在td、nd和rd三個方向上的屈服強度和抗拉強度分別為116mpa和146mpa；172mpa和238mpa；274mpa和280mpa，其強度性能較低。擠壓和鍛造均采用已有設備。

為了保證擠壓穩定可靠，得到的擠壓坯料性能穩定，使用如圖4和圖5所示擠壓凹模，該擠壓凹模為現有技術。將原始az80a鎂合金坯料加工成直徑為60mm，高73.5mm的擠壓坯料，在270℃-400℃下擠壓，圖6中由上至下分別表示275℃、325℃、350℃、375℃和400℃擠壓得到棒材。

首先選擇在275℃下擠壓，此時擠壓比為9。模具溫度需比坯料溫度低20℃以補償擠壓過程中由于摩擦和變形產生熱量而引起溫度的升高。

參照原始az80鎂合金鍛坯在td、nd和rd三個方向上的屈服強度和抗拉強度分別為116mpa和146mpa；172mpa和238mpa；274mpa和280mpa。對擠壓后的棒材進行應力應變測試，獲得其綜合力學性能，發現經過不同溫度擠壓后屈服強度和抗拉強度提高到105mpa～197mpa和360mpa～385mpa，抗拉強度經過擠壓變形后提高的幅度要大于屈服強度；同時，原始鍛態坯料三個方向上的室溫拉伸延伸率分別為3.6％、3.9％和3.1％，經過不同溫度的擠壓后材料的延伸率提高到16％左右。經過擠壓變形后材料的抗拉強度和延伸率都得到了顯著的提高。

在擠壓的基礎上，對擠壓后的az80a鎂合金材料進行室溫多向鍛造，圖7為多向鍛造原理圖，其中，a、b和c表示相鄰三個側面，f表示鍛造施加的力，按照a、b、c順次進行室溫多道次鍛造，也即，在某一方向鍛造變形達到一定變形程度后，立即翻轉坯料，進行另外方向的鍛造，然后翻轉坯料進行其他方向的鍛造，重復此過程，直到完成預期的鍛造道次和變形程度。為了便于說明多向鍛造，以一定長方體擠壓材料為例，切取高、寬、長分別為20、21.5、22.5mm的立方體，圖8為多向鍛造原始坯料，經試驗可得若以道次應變0.2多向鍛，則兩道次后發生開裂，不利于擠壓材料的多向鍛造，如圖9所示。而以道次應變為0.1，分別沿z面、x面、y面進行20道次鍛造，如圖10所示。通過擠壓變形室溫多向鍛造后得到的材料與擠壓態的材料對比進行顯微組織觀察；擠壓多向鍛造后的材料內部存在大量的動態再結晶晶粒，在再結晶晶粒內出現大量的位錯塞積，這些再結晶晶粒尺寸在250nm到460nm之間，材料內部大量存在的顆粒狀β相晶粒細小均勻分布，尺寸在50nm到150nm之間；如圖11所示，275℃下擠壓后β相沿擠壓方向呈長條狀。經過室溫多向鍛造后，部分較大的塊狀β相得到一定程度破碎。如圖12和圖13所示，均勻彌散的β相的最大尺寸為0.7μm，要比原始擠壓變形后的尺寸要小，而且亞微米第二相的數目較擠壓態相比也有所增多。

對擠壓變形后az80a鎂合金室溫多向鍛造的試樣進行透射觀察，其透射明場像如圖14所示。經過室溫多向鍛造后，材料內部存在大量的動態再結晶晶粒，在再結晶晶粒內出現大量的位錯塞積，這些再結晶晶粒尺寸在250nm到460nm之間。材料內部大量存在的顆粒狀β相彌散細小均勻分布，尺寸在50nm到150nm之間。鍛造后鎂合金內存在的再結晶晶粒尺寸為355nm，材料內部存在的β相顆粒尺寸為100nm時的強度較好。

為了進一步測試室溫多向鍛造后得到的材料的拉伸強度，對275℃擠壓變形后az80a鎂合金室溫多向鍛造后進行拉伸試驗，圖15為擠壓變形后az80a鎂合金室溫多向鍛造過程中的應力應變拉伸曲線圖(橫坐標“strain”代表應變，縱坐標“stress”代表應力)，其中■所在的曲線表示ed方向的多向鍛造材料的強度，●所在的曲線表示rd方向的多向鍛造材料的強度，□所在的曲線表示xd方向的多向鍛造材料的強度。擠壓變形后az80a鎂合金在經過室溫多向鍛造后材料的強度得到了大幅度的提高，擠壓方向上的抗拉強度由原來的385mpa提高到568mpa，屈服強度從139mpa提高到385mpa，提高顯著，材料在該方向上的延伸率由原來的16％下降到5.12％。擠壓變形后az80a鎂合金經過室溫多向鍛造后材料的強度得到了顯著的提高，同時材料還保持較好的塑性。其抗拉強度達到568mpa。擠壓變形后的坯料經過室溫多向鍛造，晶粒尺寸得到顯著的細化，根據透射圖片可知平均晶粒尺寸為208nm，屈服強度為385mpa。

本發明已以較佳實施案例揭示如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可以利用上述揭示的結構及技術內容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施案例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施案例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案范圍。