一种铝镁钇合金等温模锻工艺

技术领域

本发明属于合金锻造技术领域，具体地，涉及一种铝镁钇合金等温模锻工艺。

背景技术

铝镁合金是以镁为主要添加元素的铝合金，具有强度高，密度小，散热好等优点，钇添加到铝镁合金中，形成Al

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种铝镁钇合金等温模锻工艺，

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种铝镁钇合金等温模锻工艺，包括如下工序：

工序1：合金材料备用：选用合金铸锭，按照质量百分比计，该合金中镁为2％-3％，钇为1％-2％，其余为铝；

工序2：模具预处理：选取初锻模，对初锻模的内型腔壁抛光处理，控制初锻模内型腔壁的粗糙度不超过10μm，选取精锻模，精锻模的内型腔壁的粗糙度不超过2μm；

工序3：自由锻造：将合金铸锭加热至500-520℃，保温10min-20min，采用液压机进行自由锻造，通过自由锻造消除缩松缩孔等铸造缺陷，提高材料的力学性能，并且自由锻造中根据工件的形状镦粗、冲孔等，将合金铸锭锻造成与工件形状相近的合金荒坯，之后空冷至室温；

工序4：粗锻：将冷却后的合金荒坯进行喷丸处理，再对表面采用砂轮打磨，控制表面粗糙度为270-350μm，之后加热至420-450℃，保温5-8min，取出加热后的合金荒坯并向合金荒坯表面喷覆润滑剂，再将合金荒坯压入预热的初锻模中，保压5-10s，之后空冷降温至220℃以下，顶出模锻件空冷至室温，得到毛坯件；

工序5：精锻：将毛坯件表面喷丸处理，再对表面采用砂纸打磨，控制表面粗糙度为150-220μm，之后加热至380-400℃，取出加热后的毛坯件并向毛坯件表面喷覆润滑剂，再将毛坯件压入预热的精锻模中，保压8-15s，之后顶出至淬火剂中进行淬火，完全冷却得到精锻件；

工序6：后处理：将精锻件置于加热炉中升温至270-300℃，保温30-50min，之后随炉冷却至150-170℃，保温10-15h，进行强化处理，最后空冷至室温，得到成品工件。

进一步地，工序4和工序5中，润滑剂按照重量百分比计包括玻璃粉55％、石墨粉37％和滑石粉8％，采用1000目筛网筛分，之后混合制成。

进一步地，工序4中，合金荒坯的粗锻变形量为35％-75％。

进一步地，工序4中，合金荒坯的压入速度为3.7-5.5mm/s。

进一步地，工序5中，毛坯件的精锻变形量为15％-21％。

进一步地，工序5中，毛坯件的压入速度为1.2-2.5mm/s。

进一步地，工序5中，精锻后的毛坯件在淬火剂中的平均冷却速度为30-40℃/s。

本发明的有益效果：

1.本发明通过对锻件表面的粗糙度进行控制，并对锻模的内型腔壁进行抛光处理，在锻件锻造初期，锻件表面与锻模内型腔壁之间的接触面积小，减小锻件与锻模之间的摩擦力，配合合理的压入速度，有效减轻模锻拉裂纹产生的隐患，本发明实际实施制备的成品工件车除表面氧化层后，在50倍金相显微镜下未发现可见拉裂纹；

其次，本发明提供一种细度不低于1000目的粉状润滑剂，配合对锻件表面的糙化控制，使得润滑剂均匀附着在锻件的糙化表面上，且附着厚度适中，提高润滑性，进一步有利于减少拉裂纹；

最后，本发明通过对锻件糙化控制，使得锻件表面形态大致相同，锻造时表面受力均匀，最终形变相似，使得锻件的表面粗糙度大致相同，经测量本发明具体实施锻造的圆环工件的表面粗糙度为50μm左右，需要车削的下脚料量少，在实际应用中可减小机加工余量，减少原料的用量。

2.本发明公开一种铝镁钇合金成分以及适用该合金的等温锻造工艺，并且采用该合金及制备工艺制成的工件的抗拉强度为347-352MPa，断裂伸长率为26.7-28％，具有良好的韧性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中，采用压力铸造制得三组圆饼状铝镁钇合金铸锭，其中各组铸锭按照重量百分比计，含有如下组分：

铸锭1：镁为2％，钇为2％，其余为铝；

铸锭2：镁为3％，钇为1％，其余为铝；

铸锭3：镁为3％，钇为2％，其余为铝。

实施例中，淬火剂为UCON-A和自来水搅拌制成的混合液，现配现用，且按照UCON-A和自来水用量体积比为2.2:1、2.7:1和3.5:1分别制成淬火剂1、淬火剂2和淬火剂3。

实施例中，润滑剂包括玻璃粉、石墨粉和滑石粉，使用前分别进行研磨，控制细度不低于1000目，按照重量百分比计，取55％的玻璃粉、37％的石墨粉和8％的滑石粉采用搅拌器搅拌均匀混合制成。

实施例中，锻造一种铝镁钇圆环工件，具体实施过程实施例1-3：

实施例1

本实施例采用等温模锻的方法锻造一种铝镁钇合金，其具体锻造工艺如下：

工序1：合金材料备用：选用铸锭1，去除毛刺，得到合金铸锭；

工序2：模具预处理：选取初锻模，铲除初锻模内型腔粘附杂质，之后使用金相砂纸对初锻模的内型腔壁抛光处理，测量初锻模内型腔壁的粗糙度为8.5μm，选取精锻模，采用与粗锻模相同的处理方式，最终测量精锻模的内型腔壁的粗糙度1.7μm，完成对模具的预处理；

工序3：自由锻造：将合金铸锭加热至500℃，然后保温20min，之后取出加热后的合金铸锭，采用液压机对合金铸锭镦粗并采用冲孔模开设中心孔，之后冷却至室温，得到的合金荒坯；

工序4：粗锻：对合金荒坯喷丸处理，再对表面采用砂轮打磨，测量合金荒坯表面粗糙度为270μm，之后将合金荒坯置于加热炉中加热至420℃，保温8min，取出加热后的合金荒坯，采用喷粉机向合金荒坯表面喷覆润滑剂，再将附着润滑剂的合金荒坯压入预热至420℃的初锻模中，期间控制合金荒坯的压入速度为3.7mm/s，粗锻模合模后保压10s，之后空冷降温至220℃，顶出模锻件空冷至室温，得到毛坯件；

工序5：精锻：将毛坯件表面喷丸处理，再对表面采用砂纸打磨，测量毛坯件表面粗糙度为150μm，之后将毛坯件置于加热炉中加热至380℃，保温6min，取出加热后的毛坯件，采用喷粉机向毛坯件表面喷覆润滑剂，再将毛坯件压入预热至380℃的精锻模中，期间控制合金荒坯的压入速度为1.2mm/s，保压15s，之后顶出至淬火剂1中进行淬火，同时通过红外传感器测量锻件的温度，并测量冷却至150℃的冷却时间，测算得到平均冷却速度为40℃/s，之后完全冷却得到精锻件；

工序6：后处理：将精锻件置于加热炉中升温至270℃，保温50min，之后随炉冷却至150℃，保温15h，进行强化处理，最后空冷至室温，得到成品工件。

实施例2

本实施例采用等温模锻的方法锻造一种铝镁钇合金，其具体锻造工艺如下：

工序1：合金材料备用：选用铸锭2，去除毛刺，得到合金铸锭；

工序2：模具预处理：选取初锻模，铲除初锻模内型腔粘附杂质，之后使用金相砂纸对初锻模的内型腔壁抛光处理，测量初锻模内型腔壁的粗糙度为10μm，选取精锻模，采用与粗锻模相同的处理方式，最终测量精锻模的内型腔壁的粗糙度1.5μm，完成对模具的预处理；

工序3：自由锻造：将合金铸锭加热至510℃，然后保温15min，之后取出加热后的合金铸锭，采用液压机对合金铸锭镦粗并采用冲孔模开设中心孔，之后冷却至室温，得到的合金荒坯；

工序4：粗锻：对合金荒坯喷丸处理，再对表面采用砂轮打磨，测量合金荒坯表面粗糙度为300μm，之后将合金荒坯置于加热炉中加热至430℃，保温7min，取出加热后的合金荒坯，采用喷粉机向合金荒坯表面喷覆润滑剂，再将附着润滑剂的合金荒坯压入预热至430℃的初锻模中，期间控制合金荒坯的压入速度为4.2mm/s，粗锻模合模后保压7s，之后空冷降温至220℃，顶出模锻件空冷至室温，得到毛坯件；

工序5：精锻：将毛坯件表面喷丸处理，再对表面采用砂纸打磨，测量毛坯件表面粗糙度为190μm，之后将毛坯件置于加热炉中加热至390℃，保温4min，取出加热后的毛坯件，采用喷粉机向毛坯件表面喷覆润滑剂，再将毛坯件压入预热至390℃的精锻模中，期间控制合金荒坯的压入速度为1.7mm/s，保压12s，之后顶出至淬火剂2中进行淬火，同时通过红外传感器测量锻件的温度，并测量冷却至150℃的冷却时间，测算得到平均冷却速度为37℃/s，之后完全冷却得到精锻件；

工序6：后处理：将精锻件置于加热炉中升温至290℃，保温40min，之后随炉冷却至160℃，保温12h，进行强化处理，最后空冷至室温，得到成品工件。

实施例3

本实施例采用等温模锻的方法锻造一种铝镁钇合金，其具体锻造工艺如下：

工序1：合金材料备用：选用铸锭1，去除毛刺，得到合金铸锭；

工序2：模具预处理：选取初锻模，铲除初锻模内型腔粘附杂质，之后使用金相砂纸对初锻模的内型腔壁抛光处理，测量初锻模内型腔壁的粗糙度为9.3μm，选取精锻模，采用与粗锻模相同的处理方式，最终测量精锻模的内型腔壁的粗糙度2μm，完成对模具的预处理；

工序3：自由锻造：将合金铸锭加热至520℃，然后保温10min，之后取出加热后的合金铸锭，采用液压机对合金铸锭镦粗并采用冲孔模开设中心孔，之后冷却至室温，得到的合金荒坯；

工序4：粗锻：对合金荒坯喷丸处理，再对表面采用砂轮打磨，测量合金荒坯表面粗糙度为350μm，之后将合金荒坯置于加热炉中加热至450℃，保温5min，取出加热后的合金荒坯，采用喷粉机向合金荒坯表面喷覆润滑剂，再将附着润滑剂的合金荒坯压入预热至450℃的初锻模中，期间控制合金荒坯的压入速度为5.5mm/s，粗锻模合模后保压5s，之后空冷降温至220℃，顶出模锻件空冷至室温，得到毛坯件；

工序5：精锻：将毛坯件表面喷丸处理，再对表面采用砂纸打磨，测量毛坯件表面粗糙度为220μm，之后将毛坯件置于加热炉中加热至400℃，保温3min，取出加热后的毛坯件，采用喷粉机向毛坯件表面喷覆润滑剂，再将毛坯件压入预热至400℃的精锻模中，期间控制合金荒坯的压入速度为2.5mm/s，保压8s，之后顶出至淬火剂3中进行淬火，同时通过红外传感器测量锻件的温度，并测量冷却至150℃的冷却时间，测算得到平均冷却速度为35℃/s，之后完全冷却得到精锻件；

工序6：后处理：将精锻件置于加热炉中升温至300℃，保温30min，之后随炉冷却至170℃，保温10h，进行强化处理，最后空冷至室温，得到成品工件。

对实施例1-3取10处相同的点位进行粗糙度测量，计算平均粗糙度，具体如表1所示；

将实施例1-3制得成品工件车除表面氧化皮，之后放置在50倍金相显微镜下观察表面拉裂纹情况，具体如表1所示；

将实施例1-3制得成品工件参照GB6397-86进行拉伸强度及断裂伸长率进行测试，具体如表1所示；

由表1可知，本发明锻造制成的工件表面粗糙度为50μm左右，工件的抗拉强度为347-352MPa，断裂伸长率为26.7-28％，具有良好的韧性。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。