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MB2镁合金锻造工艺研究
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-03-25
为确定MB2镁合金在普通设备上直接锻造时的工艺参数，开展了MB2镁合金的锻造工艺试验研究。
1 引言
镁合金是实用金属中密度最低的金属，具有比强度高、刚度好、抗震减噪性能好等特点，是较为理想的结构金属材料，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。过去，镁合金主要应用于冶炼行业，而在结构材料方面的应用仅限于航空航天方面的少量需求。近年来，随着镁生产技术的发展，镁合金作为结构材料的应用得到了极大关注。资料显示，日本、新加坡和中国台湾等在镁合金的技术开发和产业化应用方面取得了较大的进展。
在开发某设备瞄镜时，原设计中瞄镜外壳的材料采用的是普通碳钢，质量达7.8kg，由于其悬臂安装在主机上，且要承受很大的冲击振动，工作时由于冲击振动的惯性作用，很容易发生变形直至失效。为了减轻瞄镜壳体重量，且保证其强度要求，经充分论证最终选用了MB2镁合金锻造毛坯。为确定该合金在普通设备上直接锻造时的工艺参数，开展了MB2镁合金的锻造工艺试验研究。
2 锻造镁合金的特性
金属镁具有密集六方晶格结构，室温下只有基面{0001}产生滑移，因此镁合金在室温下容易脆裂；在200℃以上时第1类角锥面{1011}产生滑移，塑性因此有所提高；在225℃以上时第2类角锥面{1012}也可能产生滑移，塑性提高更大。因此镁合金宜在200℃以上进行成形加工。
MB2为Mg-Al-Zn系列不可热处理强化的变形镁合金，在热态下具有较高的塑性，甚至在不利的应力应变状态下也可以变形。但在较高温度(尤其在400℃以上)下，MB2镁合金很容易发生氧化，表面会瞬时形成一层银白色、稍发灰且很薄的氧化膜，且与冷模接触时，极易产生裂纹，因而其锻造温度范围很窄。
3锻造试验
3.1试验目的
通过对MB2镁合金棒材在锻造时炉膛保温时间、锻床夹板温度、锻打时间等工艺参数的对比分析，为制订该合金的锻造工艺提供依据。
3.2试验材料及设备
(1)根据产品生产要求：选用Φ50mm×35mm棒材改锻成Φ98mm×18mm毛坯；(2)锻造设备：C41—560B锻锤；(3)加热设备：H30型箱式电炉(电子电位控温)；(4)测温设备：红外测温仪；3.3工艺流程棒材→加热→一次镦粗→毛坯。
3.4试验设计
资料显示，MB2镁合金的锻造温度范围应在350℃～400℃，根据经验，影响锻件质量的有炉膛保温时间、锻床夹板温度、锻打时间3个主要因素。为使试验次数最少，把锻造时间控制在资料推荐范围之内，把另外3个主要影响因素分别划分了如表1所示的3个水平，参照正交试验设计方法，设计了如表2所示的9次试验。 4试验结果及分析
试验后得到如表3所示的试验结果，试验结果显示：YD-1～6号试验，试样在锻锤上一次锻造即发生开裂现象；YD-7～9号试验，试样的锻造质量逐渐好转，YD-9号试验的试样锻造质量最佳。在低倍显微镜下对YD-9号试验的试样进行流线检查，无流线不顺现象，符合瞄镜壳体的锻造质量要求。 4.1 温度对锻造质量的影响
资料显示，MB2镁合金随着加热温度的升高，其变形抗力逐渐变小[4]，其抗拉强度随温度变化的曲线如图1所示。由图1可知，在200℃时其抗拉强度达到125MPa，而在400℃时其抗拉强度降至35MPa。因此在高温下，MB2的变形能力较高，锻造性能好，与试验结果相符。 因此，保持锻造时的温度是保证锻造质量的关键所在，减少锻打时间、提高锻锤夹板温度等措施都是为了达到这一目的。
4.2 炉膛保温时间对锻造质量的影响
试验显示，当炉膛保温时间小于3.5h时，一次锻造即出现开裂现象。因此，足够的保温时间能使MB2镁合金得到充分的相变，从而满足锻造的需要。
经后续优化试验，炉膛保温时间可按下式进行估算：
T=(H×Δt)/60
式中T——炉膛保温时间(h)
H——锻造前毛坯厚度(mm)
Δt——每毫米厚材料保温时间(经试验可取Δt=10min/mm)
镁合金是实用金属中密度最低的金属，具有比强度高、刚度好、抗震减噪性能好等特点，是较为理想的结构金属材料，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。过去，镁合金主要应用于冶炼行业，而在结构材料方面的应用仅限于航空航天方面的少量需求。近年来，随着镁生产技术的发展，镁合金作为结构材料的应用得到了极大关注。资料显示，日本、新加坡和中国台湾等在镁合金的技术开发和产业化应用方面取得了较大的进展。
在开发某设备瞄镜时，原设计中瞄镜外壳的材料采用的是普通碳钢，质量达7.8kg，由于其悬臂安装在主机上，且要承受很大的冲击振动，工作时由于冲击振动的惯性作用，很容易发生变形直至失效。为了减轻瞄镜壳体重量，且保证其强度要求，经充分论证最终选用了MB2镁合金锻造毛坯。为确定该合金在普通设备上直接锻造时的工艺参数，开展了MB2镁合金的锻造工艺试验研究。
2 锻造镁合金的特性
金属镁具有密集六方晶格结构，室温下只有基面{0001}产生滑移，因此镁合金在室温下容易脆裂；在200℃以上时第1类角锥面{1011}产生滑移，塑性因此有所提高；在225℃以上时第2类角锥面{1012}也可能产生滑移，塑性提高更大。因此镁合金宜在200℃以上进行成形加工。
MB2为Mg-Al-Zn系列不可热处理强化的变形镁合金，在热态下具有较高的塑性，甚至在不利的应力应变状态下也可以变形。但在较高温度(尤其在400℃以上)下，MB2镁合金很容易发生氧化，表面会瞬时形成一层银白色、稍发灰且很薄的氧化膜，且与冷模接触时，极易产生裂纹，因而其锻造温度范围很窄。
3锻造试验
3.1试验目的
通过对MB2镁合金棒材在锻造时炉膛保温时间、锻床夹板温度、锻打时间等工艺参数的对比分析，为制订该合金的锻造工艺提供依据。
3.2试验材料及设备
(1)根据产品生产要求：选用Φ50mm×35mm棒材改锻成Φ98mm×18mm毛坯；(2)锻造设备：C41—560B锻锤；(3)加热设备：H30型箱式电炉(电子电位控温)；(4)测温设备：红外测温仪；3.3工艺流程棒材→加热→一次镦粗→毛坯。
3.4试验设计
资料显示，MB2镁合金的锻造温度范围应在350℃～400℃，根据经验，影响锻件质量的有炉膛保温时间、锻床夹板温度、锻打时间3个主要因素。为使试验次数最少，把锻造时间控制在资料推荐范围之内，把另外3个主要影响因素分别划分了如表1所示的3个水平，参照正交试验设计方法，设计了如表2所示的9次试验。 4试验结果及分析
试验后得到如表3所示的试验结果，试验结果显示：YD-1～6号试验，试样在锻锤上一次锻造即发生开裂现象；YD-7～9号试验，试样的锻造质量逐渐好转，YD-9号试验的试样锻造质量最佳。在低倍显微镜下对YD-9号试验的试样进行流线检查，无流线不顺现象，符合瞄镜壳体的锻造质量要求。 4.1 温度对锻造质量的影响
资料显示，MB2镁合金随着加热温度的升高，其变形抗力逐渐变小[4]，其抗拉强度随温度变化的曲线如图1所示。由图1可知，在200℃时其抗拉强度达到125MPa，而在400℃时其抗拉强度降至35MPa。因此在高温下，MB2的变形能力较高，锻造性能好，与试验结果相符。 因此，保持锻造时的温度是保证锻造质量的关键所在，减少锻打时间、提高锻锤夹板温度等措施都是为了达到这一目的。
4.2 炉膛保温时间对锻造质量的影响
试验显示，当炉膛保温时间小于3.5h时，一次锻造即出现开裂现象。因此，足够的保温时间能使MB2镁合金得到充分的相变，从而满足锻造的需要。
经后续优化试验，炉膛保温时间可按下式进行估算：
T=(H×Δt)/60
式中T——炉膛保温时间(h)
H——锻造前毛坯厚度(mm)
Δt——每毫米厚材料保温时间(经试验可取Δt=10min/mm)
5结论
(1)锻坯出炉温度不能超过430℃，在350℃～400℃之间为宜；夹持板的温度在300℃～355℃较为合适。
(2)如果锻坯较薄，则散热速度快，要求的锻造时间更短，过薄的坯料几乎无法进行锻造；对厚大锻坯，须增加锻造火次，方能锻造成功。
(3)锻造时为降低摩擦力，须采用石墨、动物油等润滑剂以利于MB2镁合金的流动。
(4)经后续优化试验，得出如表4所示的最佳锻造工艺参数，对MB2镁合金在普通设备上的锻造生产具有一定的指导意义。
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