本發(fā)明屬于鎂合金材料加工技術領域，涉及一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法。

背景技術：

隨著我國航空航天高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，要求筋板類零件既能滿足結構及材料的輕量化，又要保證構件良好的機械性能，這對精密成形高性能筋板類零件提出了更高的要求。而鎂合金作為迄今為止最輕的金屬結構材料,具有密度低、比強度和比剛度高、屏蔽效能佳、阻尼系數(shù)大等優(yōu)異性能，被譽為“21世紀的綠色工程材料”，在航空航天等領域都具有廣闊的應用前景，尤其在該領域大量采用的筋板類零件方面擁有不可比擬的優(yōu)勢。但是鎂合金具有密排六方結構，與其他合金相比結構對稱性較低，室溫變形僅限于基面滑移系，變形過程中極易產(chǎn)生變形織構，導致其難于在室溫下塑性變形，對于力學性能要求高及形狀復雜高筋薄腹板類零件的成形更是困難。此外，鎂合金對變形溫度較為敏感，在鍛造成形高筋薄腹板類零件時，溫度急劇下降，導致變形抗力迅速增大，塑性急劇降低，使得采用常規(guī)鍛造方法難以成形。并且，常規(guī)鍛造工藝通常采用先制坯后機械加工的方法，獲得最終產(chǎn)品的形狀及尺寸。在鍛造制坯中，鍛件設計需成倍增加材料余量，以降低鍛件的復雜程度，導致后續(xù)機械加工過程中材料的大量浪費，材料利用率極低，極有可能造成高筋薄腹板類零件內(nèi)部流線被切割，使得零件的抗疲勞及抗腐蝕能力降低，故難以滿足關鍵構件高性能的要求。

因此，這就需要采用等溫鍛造技術用于顯著改善鎂合金的塑性和流動性，降低鍛造過程中變形抗力。由于等溫鍛造成形過程的變形速度較低，使得最終成形零件的微觀組織和綜合性能均有良好的均勻性和一致性；且采用等溫鍛造方法能夠生產(chǎn)出無需后續(xù)機械加工的凈型鍛件，可保證高筋薄腹板類零件的內(nèi)部流線不被破壞，維持高筋薄腹板類零件的優(yōu)異性能。因而，研究一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法意義重大，可用于實現(xiàn)典型鎂合金高筋薄腹板類零件的高性能成性及輕量化成形。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術難題是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，獲得直徑大于等于530mm、最大水平投影面積大于等于0.2m²、筋部高寬比大于等于3.5、腹板厚度小于等于20mm、組織均勻及綜合性能優(yōu)異的鎂合金高筋薄腹板類零件，實現(xiàn)大尺寸鎂合金筋板類零件的鍛造，并且等溫鍛造過程中鍛件無褶皺及開裂現(xiàn)象發(fā)生，其中高筋處可以一次成形，流線形保持完整，后續(xù)基本無需機械加工。另外，本發(fā)明中的鎂合金等溫鍛高筋薄腹板類零件具有較高的室溫力學性能。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法所采用的技術方案是：根據(jù)設計的毛坯尺寸將原始擠壓棒材機械加工為鍛造所需的坯料，加熱至270℃～300℃保溫后，在270℃～300℃下進行等溫鍛造墩粗預成形，取出墩粗圓餅件進行冷卻；對墩粗圓餅件加熱至260℃～270℃保溫后，墩粗圓餅件涂覆潤滑劑，在260℃～270℃下進行等溫鍛造快速成形，取出快速成形件；快速成形件涂覆潤滑劑，在260℃～270℃下進行等溫鍛造超塑性成形，取出超塑性成形件后冷卻，得到成品。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法所述原始擠壓棒材的抗拉強度為190～200mpa，屈服強度為210～220mpa，延伸率為5.5％～6.0％。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的鍛造坯料無明顯裂紋、縮孔及雜質(zhì)等缺陷。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的等溫鍛造所用模具與模座基準面間隙≤0.3mm，墩粗預成形上下模具為平模，快速成形及超塑性成形模具為成形模具。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的保溫為通過電阻加熱爐對包裹保溫棉的坯料加熱保溫2h，利用等溫成形加熱裝置對模具加熱保溫2h，其中模具溫度和坯料的加熱溫度相同。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的取出成形件為等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行，借助夾持工具將成形件從下模具中取出。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的墩粗預成形下壓速度為0.5mm/s～1mm/s，變形量為66.7％。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的冷卻為空冷至室溫。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的墩粗圓餅件涂覆潤滑劑為只在成形筋板類零件高筋的上下模具部分處均勻涂覆潤滑劑。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的快速成形下壓速度為0.25mm/s。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的快速成形件涂覆潤滑劑為只在成形高筋薄腹板類零件外緣的上下模具部分均勻涂覆潤滑劑。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，所述的超塑性成形下壓速度為0.005～0.015mm/s，變形量為33.3％。

本發(fā)明一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，以鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法為例，其具體實施過程為：

1、預先準備圓柱體鍛造坯料，保證坯料內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔及雜質(zhì)等缺陷；

2、通過電阻加熱爐對包裹保溫棉的坯料加熱，利用等溫成形加熱裝置對模具加熱，坯料和模具加熱溫度相同為270℃～300℃，保證坯料及模具各部分的溫度分布均勻；

3、對上下模具均勻涂覆潤滑劑，保證坯料中心與上模及下模中心對正后，等溫鍛造壓力機以0.5mm/s～1mm/s的速度向下運動，變形量為66.7％，坯料成形為墩粗圓餅件；

4、等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行，取出墩粗圓餅件并進行空冷處理；

5、通過電阻加熱爐對包裹保溫棉的墩粗圓餅件加熱，利用等溫成形加熱裝置對模具加熱，坯料和模具加熱溫度相同為260℃～270℃，保證坯料及模具各部分的溫度分布均勻；

6、只在成形筋板類零件高筋的上下模具部分處均勻涂覆潤滑劑，保證坯料中心與上模及下模中心對正后，等溫鍛造壓力機以0.25mm/s的速度向下運動，得到快速成形件，等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程；

7、只在成形高筋薄腹板類零件外緣的上下模具部分均勻涂覆潤滑劑，保證快速成形件中心與上模及下模中心對正后，等溫鍛造壓力機以0.005～0.015mm/s的速度向下運動，變形量為33.3％，最終成形高筋薄腹板類零件；

8、等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，高筋薄腹板類零件進行空冷處理及后續(xù)性能測試。

采用本發(fā)明提供的方法可以成形直徑大于等于530mm、最大水平投影面積大于等于0.2m²的鎂合金高筋薄腹板類零件，實現(xiàn)大尺寸鎂合金筋板類零件的鍛造。具有以下優(yōu)點：

1)所成形的鎂合金高筋薄腹板類零件水平投影面積大，高筋處可以一次成形，流線形保持完整，后續(xù)基本無需機械加工，材料利用率極高。

2)所成形的鎂合金高筋薄腹板類零件相比于原始擠壓棒材力學性能得到極大提升，抗拉強度為330～340mpa，屈服強度為260～270mpa，延伸率為6.0％～8.0％，無需后續(xù)熱處理即可滿足性能要求，零件整體無明顯褶皺及裂紋現(xiàn)象發(fā)生。

3)等溫鍛造過程中第二道次(快速成形和超塑性成形)相比第一道次(墩粗預成形)的溫度小20～40℃，既可以有效的保留上道次的鍛造組織，抑制新晶粒的長大；同時適當?shù)慕禍卦谧冃谓M織中易出現(xiàn)第二相強化，而第二相對晶界的釘扎作用又反過來有利于抑制晶粒長大，導致最終的晶粒細化。

4)等溫鍛造整個生產(chǎn)過程相對簡單可控，加熱火次較少(普通模鍛需要加熱次數(shù)16火次左右)，降低了成形過程所需的變形力，更易準確控制高筋薄腹板類零件性能的均勻性及一致性，相對于重復性好，無需對現(xiàn)有設備進行改造，可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

綜上所述，本發(fā)明為航空航天用鎂合金高筋薄腹板類零件成形提供了一種簡明高效、切實可行的制造方法，從而滿足實際的工程需求。

附圖說明

圖1為等溫鍛造成形高筋薄腹板類零件工藝路線示意圖。

圖2為等溫鍛造成形高筋薄腹板類零件坯料變化示意圖。

圖3為等溫鍛造模具及成形示意圖。

圖4為實施例2等溫鍛造成形前坯料的顯微組織。

圖5為實施例2等溫鍛造成形件的顯微組織。

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(fā)明的技術方案：

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，下面給出的實施例擬對本發(fā)明作進一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明的保護范圍限制，該領域的技術人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護內(nèi)容。

實施例1：

一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，是以尺寸為ф200×150mm，主要化學成分(質(zhì)量分數(shù)，％)為al：8.16；zn：0.42；mn：0.03；si：0.01；fe：0.005；ni：0.001；cu：0.001；gd＜0.01；y＜0.01；mg余量的鎂合金圓柱形擠壓棒坯料進行等溫鍛造，制備出直徑535mm，組織均勻、綜合性能優(yōu)異的鎂合金高筋薄腹板類零件，其特征在于具體包括以下步驟：

步驟1、坯料預處理：將鎂合金圓柱形擠壓棒材經(jīng)機械加工去取表面可見裂紋及氧化皮，并加工成尺寸為ф200×150mm的圓柱體坯料，借助超聲波探傷確保坯料內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔及雜質(zhì)等缺陷；

步驟2、坯料加熱：將尺寸為ф200×150mm的圓柱體坯料包裹保溫棉，放置于電阻爐中加熱至300℃保溫2h，以使圓柱體坯料各部分溫度保持均勻；

步驟3、模具固定及加熱：將下模具固定在等溫成形裝置中，上下模具分別固定在上下模座上，模具與模座基準面間隙≤0.3mm，通過等溫成形加熱裝置對上下模具進行加熱至300℃，保溫2h，以使上下模具各部分溫度保持均勻；

步驟4、涂覆潤滑劑及坯料對正：圓柱體坯料及上下模具加熱保溫完成后，在上下模具整體表面均勻涂覆潤滑劑，圓柱體坯料立即轉(zhuǎn)移至上下模具之間，保證坯料中心與上模及下模中心對正，且坯料高向與等溫鍛造壓力機運動方向平行；

步驟5、墩粗預成形：等溫鍛造壓力機以1mm/s的速度向下運動，行程為100mm，變形量為66.7％，總下壓時間為100s，鐓粗成尺寸為ф346×50mm墩粗圓餅件；

步驟6、取件及空冷：等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行，借助夾持工具取出墩粗圓餅件并進行空冷處理；

步驟7、坯料加熱：將空冷后的墩粗圓餅件再次包裹保溫棉，放置于電阻爐中加熱至260℃保溫2h，以使墩粗圓餅件各部分溫度保持均勻；

步驟8、模具固定及加熱：將下模具固定在等溫成形加熱裝置中，上下模具分別固定在上下模座上，模具與模座基準面間隙≤0.3mm，通過等溫成形加熱裝置對上下模具進行加熱至260℃，保溫2h，以使上下模具各部分溫度保持均勻；

步驟9、涂覆潤滑劑及坯料對正：墩粗圓餅件及上下模具加熱保溫完成后，只在成形筋板類零件高筋的上下模具部分處均勻涂覆潤滑劑，墩粗圓餅件去除保溫棉包套后立即轉(zhuǎn)移至上下模具之間，保證墩粗圓餅件中心與上模及下模中心對正，且墩粗圓餅件高向與等溫鍛造壓力機運動方向平行；

步驟10、快速成形：等溫鍛造壓力機以0.25mm/s的速度向下運動，行程為61mm，總下壓時間為244s后，得到快速成形件，等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行；

步驟11、涂覆潤滑劑及坯料對正：借助夾持工具取出快速成形件，立即只在成形高筋薄腹板類零件外緣的上下模具部分均勻涂覆潤滑劑，隨后快速成形件馬上轉(zhuǎn)移至上下模具之間，保證快速成形件中心與上模及下模中心對正，且快速成形件高向與等溫鍛造壓力機運動方向平行；

步驟12、超塑性成形：等溫鍛造壓力機以0.015mm/s的速度向下運動，行程為10mm，變形量為33.3％，總下壓時間為667s，最終成形外徑尺寸535mm、筋部高度38mm、筋部寬度10mm、腹板厚度18mm的高筋薄腹板類零件；

步驟13、取件及空冷：等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行，借助夾持工具取出高筋薄腹板類零件并進行空冷處理；

步驟14、性能測試：對成形后高筋薄腹板類零件的典型位置取樣，參考國家標準gbt228.1-2010金屬材料拉伸試驗室溫試驗方法，在微機控制電子萬能實驗機進行室溫拉伸試驗，具體力學性能見附表1。

特殊說明的是，步驟3至步驟6的上模具及下模具指代的是墩粗平模，步驟8至步驟13的上模具及下模具分別指代的是成形凸模及成形凹模。

實施例2：

一種鎂合金高筋薄腹板類零件的等溫鍛造方法，是以尺寸為ф200×150mm，主要化學成分(質(zhì)量分數(shù)，％)為al：8.16；zn：0.42；mn：0.03；si：0.01；fe：0.005；ni：0.001；cu：0.001；gd＜0.01；y＜0.01；mg余量的鎂合金圓柱形擠壓棒坯料進行等溫鍛造，制備出直徑535mm，組織均勻、綜合性能優(yōu)異的鎂合金高筋薄腹板類零件，其特征在于具體包括以下步驟：

步驟1、坯料預處理：將鎂合金圓柱形擠壓棒材經(jīng)機械加工去取表面可見裂紋及氧化皮，并加工成尺寸為ф200×150mm的圓柱體坯料，借助超聲波探傷確保坯料內(nèi)部無明顯裂紋、縮孔及雜質(zhì)等缺陷；

步驟2、坯料加熱：將尺寸為ф200×150mm的圓柱體坯料包裹保溫棉，放置于電阻爐中加熱至270℃保溫2h，以使圓柱體坯料各部分溫度保持均勻；

步驟3、模具固定及加熱：將下模具固定在等溫成形加熱裝置中，上下模具分別固定在上下模座上，模具與模座基準面間隙≤0.3mm，通過等溫成形加熱裝置對上下模具進行加熱至270℃，保溫2h，以使上下模具各部分溫度保持均勻；

步驟4、涂覆潤滑劑及坯料對正：圓柱體坯料及上下模具加熱保溫完成后，在上下模具整體表面均勻涂覆潤滑劑，圓柱體坯料立即轉(zhuǎn)移至上下模具之間，保證坯料中心與上模及下模中心對正，且坯料高向與等溫鍛造壓力機運動方向平行；

步驟5、墩粗預成形：等溫鍛造壓力機以1mm/s的速度向下運動，行程為100mm，變形量為66.7％，總下壓時間為100s，鐓粗成尺寸為ф346×50mm墩粗圓餅件；

步驟6、取件及空冷：等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行，借助夾持工具取出墩粗圓餅件并進行空冷處理；

步驟7、坯料加熱：將空冷后的墩粗圓餅件再次包裹保溫棉，放置于電阻爐中加熱至250℃保溫2h，以使墩粗圓餅件各部分溫度保持均勻；

步驟8、模具固定及加熱：將下模具固定在等溫成形加熱裝置中，上下模具分別固定在上下模座上，模具與模座基準面間隙≤0.3mm，通過等溫成形加熱裝置對上下模具進行加熱至250℃，保溫2h，以使上下模具各部分溫度保持均勻；

步驟9、涂覆潤滑劑及坯料對正：墩粗圓餅件及上下模具加熱保溫完成后，只在成形筋板類零件高筋的上下模具部分處均勻涂覆潤滑劑，墩粗圓餅件去除保溫棉包套后立即轉(zhuǎn)移至上下模具之間，保證墩粗圓餅件中心與上模及下模中心對正，且墩粗圓餅件高向與等溫鍛造壓力機運動方向平行；

步驟10、快速成形：等溫鍛造壓力機以0.25mm/s的速度向下運動，行程為61mm，總下壓時間為244s后，得到快速成形件，等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行；

步驟11、涂覆潤滑劑及坯料對正：借助夾持工具取出快速成形件，立即只在成形高筋薄腹板類零件外緣的上下模具部分均勻涂覆潤滑劑，隨后快速成形件馬上轉(zhuǎn)移至上下模具之間，保證快速成形件中心與上模及下模中心對正，且快速成形件高向與等溫鍛造壓力機運動方向平行；

步驟12、超塑性成形：等溫鍛造壓力機以0.015mm/s的速度向下運動，行程為10mm，變形量為33.3％，總下壓時間為667s，最終成形外徑尺寸535mm、筋部高度38mm、筋部寬度10mm、腹板厚度18mm的高筋薄腹板類零件；；

步驟13、取件及空冷：等溫鍛造壓力機卸載壓力并回程，上模具開啟上行，借助夾持工具取出高筋薄腹板類零件并進行空冷處理。

步驟14、性能測試：對成形后高筋薄腹板類零件的典型位置取樣，參考國家標準gbt228.1-2010金屬材料拉伸試驗室溫試驗方法，在微機控制電子萬能實驗機進行室溫拉伸試驗，具體力學性能見附表1。

特殊說明的是，步驟3至步驟6的上模具及下模具指代的是墩粗平模，步驟8至步驟13的上模具及下模具分別指代的是成形凸模及成形凹模。

附表1為鎂合金高筋薄腹板類零件等溫鍛造成形后的室溫力學性能。

表1

從表1中的數(shù)據(jù)并結合附圖3、附圖4及附圖5可以看出：采用本發(fā)明成形的鎂合金高筋薄腹板類零件綜合力學性能好，等軸晶粒數(shù)與總晶粒數(shù)之比≥90％，整體無明顯褶皺及裂紋，其中高筋處可以一次成形，流線形保持完整，后續(xù)基本無需機械加工，材料利用率極高。

本發(fā)明內(nèi)容不限于上述實施例，本發(fā)明內(nèi)容所述均可實施并具有所述良好的效果。