本發明屬于鎂合金變形加工領域，特別涉及一種aq80m鎂合金的擠壓、鍛造和環件軋制變形領域。

背景技術：

大尺寸環形件是飛機、火箭及導彈等的重要結構件，目前鋁合金、鈦合金等傳統合金是制備環形件的主要材料。鎂合金因其具有密度小、比強度高、阻尼性能好、可回收無污染等優點被譽為“21世紀綠色工程材料”，并成為航空航天及國防軍工等領域中最具發展潛力的結構材料之一。因此鎂合金成為一種潛在的環形件材料，從而滿足減重及提高燃料效率的要求。目前，環件軋制是制備環形件的主要加工工藝。鎂合金環形件制備存在一定的難度：鎂合金室溫塑性差、熱變形溫度范圍窄，環件軋制所需坯料尺寸大，優質坯料加工制備難度大。為了解決這些問題，必須利用合適的制坯工藝，并且嚴格控制變形工藝參數；而目前缺少鎂合金環形件成形工藝的相關研究。

本專利針對航空航天及國防領域對大尺寸鎂合金環形件的實際需求，基于aq80m中強耐熱鎂合金，采用擠壓開坯、鍛造制坯與環軋成形的擠鍛軋集成工藝，成功制備出表面無裂紋、組織均勻、綜合力學性能優良的大尺寸aq80m鎂合金環形件。該集成工藝對改善鎂合金環形件加工方式具有重要的指導價值和實際意義。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種制備表面無裂紋、組織均勻、綜合力學性能優良的大尺寸aq80m鎂合金環形件的擠鍛軋集成工藝，以滿足航空航天和國防領域對大尺寸鎂合金無縫環形件的迫切需求。本發明采取的技術方案是：

1.半連續鑄造，得到直徑φ600-650mm的鑄錠。

2.均勻化退火：240-260℃保溫8-10h后，升溫至410-420℃保溫42-46h，空冷至室溫。

3.下料，均勻化后車皮、探傷、切割下料，得到直徑φ570-600mm，長度1000~1500mm的錠坯。

4.熱擠壓開坯，擠壓溫度360-400℃，擠壓速度0.3-0.7mm/s，擠壓后棒材直徑φ390-410mm。通過擠壓消除合金中的鑄造缺陷、改善合金組織，同時去除錠坯表層而保留心部優質區域，保證后續變形的塑性、降低開裂風險。

5.多向鍛造制坯，擠壓后錠坯在390-410℃保溫8-12h，在油壓機上進行第一火鍛造：以圓柱錠坯高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向，首先沿著z、y和x方向進行3-6道次鐓粗，道次壓下量10-40%；再以x或y為軸，滾動壓縮凸棱2-10道次，道次壓下量5-20%；最后沿著x或y鐓粗成一圓柱體，道次壓下量20-30%；錠坯回爐在380-400℃保溫6-8h后，進行第二火鍛造：以新的圓柱體的高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向重復上述鍛造工藝，最終鐓粗得到高度250-550mm的毛坯料。鎂合金塑性變形的溫度窗口較小，多向鍛造是一個降溫過程，因此采用兩火次即能夠保證材料成形性，又可降低鍛造時開裂的風險。鍛造過程中采用多道次大變形量鐓粗和小變形量壓棱相結合，保證了錠坯從心部到邊部的變形均勻性及組織均勻性；同時整個鍛造過程中出現了兩次圓柱錠坯高向的變化，能夠起到弱化變形織構的效果，有利于得到各向同性的毛坯料。

6.機械穿孔，孔直徑φ200-260mm。

7.環件軋制，毛坯料在380-400℃保溫4-8h，并在碾環機上進行一火環軋成形，軋制時主動輥轉速為8-30r/min、芯輥直線進給速度0.2-2.0mm/s，環軋結束后立即水冷淬火；最終制備出外徑φ700-1400mm、壁厚45-100mm、高度300-600mm的aq80m鎂合金環形件。環件軋制的主要目的是擴大直徑、減小壁厚；同時通過對壁厚施加多道次的軋制塑性變形，達到細化晶粒、增強織構及提高力學性能的作用。

8.時效處理，將環形件在170-190℃保溫30-40h，可提高環形件綜合力學性能，時效態環形件高向、切向和徑向室溫屈服強度≥200mpa、抗拉強度≥330mpa、伸長率≥6%，高向和切向屈服強度差值≤20mpa；150℃屈服強度≥160mpa、抗拉強度≥200mpa、伸長率≥30%，高向和切向屈服強度差值≤10mpa。

作為優選，所述4步驟中擠壓筒及模具預熱至360-390℃。

作為優選，所述5步驟中油壓機上下平砧預熱至250-350℃。

作為優選，所述5步驟中鍛造采用點動式壓下，壓下速度200-400mm/min。

作為優選，所述7步驟中碾環機主動輥、芯輥、抱輥及錐輥預熱至300-360℃。

作為優選，所述7步驟中錐輥的主要作用是穩定環件軋制變形、抑制端面“魚尾”缺陷，并不沿環形件高向施加壓下量以避免兩端因應力狀態復雜而開裂。

本發明的主要優點

提出了一種切實可行的aq80m鎂合金環形件成形工藝，包括了熔鑄、均勻化退火、擠壓開坯、鍛造制坯、環軋成形及時效強化的一條完整工藝路線，創新性地實現了擠鍛軋三種塑性變形方式的集成組合。擠壓開坯能夠為多向鍛造提供塑性好、組織均勻的優質坯料，通過控制多向鍛造過程的關鍵參數，極大地降低了鍛造時錠坯開裂的風險、保證了成形性，同時使整個錠坯得到充分的塑性變形，晶粒細化、組織均勻。環件軋制過程伴隨著壁厚的減薄和溫度的降低，因此對毛坯件的整體塑性和組織均勻性具有更高的要求，采用擠壓+多向鍛造結合的工藝，嚴格控制相關工藝參數，可制備出滿足要求的優質毛坯件，提高環件軋制的成品率。環件軋制采用一火軋制成形，這樣保證了塑性變形的充分性、連續性，有利于環形件最終的力學性能，同時避免了中間回爐退火產生的晶粒長大、力學性能弱化和生產效率降低等問題。在該擠鍛軋集成工藝的指導下成功制備出大直徑高品質的aq80m鎂合金環形件。

附圖說明

圖1是本發明實施例1經擠壓開坯的錠坯圖；

圖2是本發明實施例1經擠壓和多向鍛造后的錠坯圖；

圖3是本發明實施例1經環件軋制后的環形件圖；

圖4是本發明實施例3經環件軋制后的環形件圖。

具體實施方式

實施例1

利用半連續鑄造澆鑄出φ620mm×1800mm的aq80m鎂合金鑄錠，在退火爐中進行雙級均勻化熱處理，均勻化工藝：250℃×8h+415℃×44h。冷卻至室溫后，對錠坯進行機械車皮、切割、倒圓角等處理，加工出φ580mm×1400mm的錠坯。錠坯在熱擠壓機上擠壓成直徑φ400mm的圓棒，擠壓溫度370℃，擠壓速度為0.3mm/s，圖1為擠壓開坯圓棒。空冷至室溫后，將擠壓圓棒進行切割下料為φ400mm×1040mm錠坯。錠坯在410℃保溫10h，在油壓機上進行第一火鍛造：以圓柱錠坯高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向，首先沿著z、y和x方向進行4道次鐓粗，道次壓下量10-30%；再以x(y)為軸，滾動壓縮凸棱6道次，道次壓下量10-20%；最后沿著x(y)鐓粗成一近似圓柱體，道次壓下量28%；錠坯回爐在390℃保溫8h后，進行第二火鍛造：以新的圓柱體的高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向重復上述鍛造工藝，最終鐓粗得到高度490mm的毛坯料，如圖2所示。在錠坯中心機械穿孔，孔直徑φ255mm。將錠坯在碾環機上進行一火環軋成形，環軋前錠坯在385℃保溫6h，軋制時主動輥轉速為10-15r/min、芯輥直線進給速度0.5-1.5mm/s，環軋結束后立即水冷淬火。成形后對環形件進行175℃×36h時效處理。最終制備出外徑φ770、壁厚100mm、高度500mm的aq80m鎂合金環形件，如圖3所示。

實施例2

利用半連續鑄造澆鑄出φ620mm×1800mm的aq80m鎂合金鑄錠，在退火爐中進行雙級均勻化熱處理，均勻化工藝：250℃×8h+415℃×44h。冷卻至室溫后，對錠坯進行機械車皮、切割、倒圓角等處理，加工出φ580mm×1400mm的錠坯。錠坯在熱擠壓機上擠壓成直徑φ400mm的圓棒，擠壓溫度370℃，擠壓速度為0.3mm/s，空冷至室溫后，將擠壓圓棒進行切割下料為φ400mm×910mm錠坯。錠坯在410℃保溫10h，在油壓機上進行第一火鍛造：以圓柱錠坯高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向，首先沿著z、y和x方向進行4道次鐓粗，道次壓下量15-20%；再以x(y)為軸，滾動壓縮凸棱5道次，道次壓下量5-15%；最后沿著x(y)鐓粗成一近似圓柱體，道次壓下量25%；錠坯回爐在385℃保溫8h后，進行第二火鍛造：以新的圓柱體的高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向重復上述鍛造工藝，最終鐓粗得到高度480mm的毛坯料。在錠坯中心機械穿孔，孔直徑φ255mm。將錠坯在碾環機上進行一火環軋成形，環軋前錠坯在390℃保溫6h，軋制時主動輥轉速為10-18r/min、芯輥直線進給速度0.6-1.8mm/s，環軋結束后立即水冷淬火。成形后對環形件進行175℃×36h時效處理。最終制備出外徑φ810、壁厚80mm、高度485mm的aq80m鎂合金環形件。

實施例3

利用半連續鑄造澆鑄出φ620mm×1800mm的aq80m鎂合金鑄錠，在退火爐中進行雙級均勻化熱處理，均勻化工藝：250℃×8h+415℃×44h。冷卻至室溫后，對錠坯進行機械車皮、切割、倒圓角等處理，加工出φ580mm×1400mm的錠坯。錠坯在熱擠壓機上擠壓成直徑φ400mm的圓棒，擠壓溫度370℃，擠壓速度為0.3mm/s，空冷至室溫后，將擠壓圓棒進行切割下料為φ400mm×1000mm錠坯。錠坯在410℃保溫10h，在油壓機上進行第一火鍛造：以圓柱錠坯高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向，首先沿著z、y和x方向進行5道次鐓粗，道次壓下量15-30%；再以x(y)為軸，滾動壓縮凸棱5道次，道次壓下量10-20%；最后沿著x(y)鐓粗成一近似圓柱體，道次壓下量26%；錠坯回爐在395℃保溫8h后，進行第二火鍛造：以新的圓柱體的高向和垂直的兩個徑向為z、y和x方向重復上述鍛造工藝，最終鐓粗得到高度500mm的毛坯料。在錠坯中心機械穿孔，孔直徑φ255mm。將錠坯在碾環機上進行一火環軋成形，環軋前錠坯在390℃保溫6h，軋制時主動輥轉速為14-20r/min、芯輥直線進給速度0.6-1.8mm/s，環軋結束后立即水冷淬火。成形后對環形件進行175℃×36h時效處理。最終制備出外徑φ1200、壁厚58mm、高度510mm的aq80m鎂合金環形件，如圖4所示。

表1實施例中環形件室溫拉伸力學性能

表2實施例中環形件150℃拉伸力學性能