[发明专利]镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具及其锻造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金锻造模具，特别是涉及一种镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具，本发明还涉及使用该镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具的锻造工艺。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、电磁屏蔽效果佳、机械加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点，在航空、航天、国防军工等行业具有广阔的应用前景。目前镁合金产品以铸件，特别是压铸件居多。由于液态镁合金凝固速度快，结晶温度范围宽，铸造时容易产生气孔、缩松、冷凝等缺陷，使得镁合金铸件力学性能不够理想，无法满足航空、航天、军工等领域中高性能结构件的要求，从而致使镁合金应用范围受到很大限制。据研究表明，经过锻造加工的镁合金在强度、塑性、性能的可靠性等各方面都优于铸造产品，因此开发研究镁合金的塑性加工技术是提高镁合金性价比、扩大镁合金应用的关键。

镁合金晶体结构为密排六方，室温时镁合金的滑移系仅有3个，这就导致了镁合金室温塑性变形时容易产生脆裂，塑性变形加工困难，在高温条件下，由于晶体中{1011}和<1121>滑移系出现，使得镁合金在高温下塑性性能有所增加，塑性加工成形成为可能，但镁合金加热温度过高或保温时间过长，会导致晶粒粗化，造成合金软化，导致力学性能下降，因此锻造过程中必须严格控制锻造温度。镁合金导热系数高，锻造时，若坯料与较低温度的模具相接触，则锻件容易因激冷而产生龟裂，锻造过程中还必须控制锻造温度。镁合金对应变速率很敏感，随着应变速率的增加，塑性急剧下降，因此锻造过程中必须严格控制变形速率，通常需要在液压机上以较低的速率锻造成形，防止锻件产生裂纹。镁合金高温下黏性大，流动性差，容易产生各种缺陷，必须设计合理的模具、坯料以保证锻件充填完全，流线顺畅，组织均匀。镁合金在三向挤压应力的状态下，塑性能显著提高，因此，能设计出合理的锻模、锻坯，使锻坯在锻造过程中处于三向挤压应力状态也是提高镁合金质量的一种重要方法。为此，我们提供一种在半闭式模具内采用等温低速率成形镁合金阶梯型结构模锻件的锻造方法。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能有效降低锻造变形抗力、使锻坯获得良好的塑性、等温锻造生产效率高的镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种使用该镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具的锻造工艺。

为了解决第一个技术问题，本发明提供的镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具，包括上模、上模座、导柱、导套、下模、顶板和顶杆，所述的上模与所述的下模为半闭式结构，即所述的上模与所述的下模沿长度方向为开式结构，设计有飞边仓，沿宽度方向为闭式结构，所述的上模与所述的下模的宽度方向两侧面为垂直面，所述的上模与所述的下模在此处为间隙配合，形成闭式型腔。

所述的上模、上模座、导柱、导套、下模、顶板和顶杆均由耐高温模具材料5CrNiMo制成。

为了解决第二个技术问题，本发明提供的使用镁合金阶梯型结构模锻件的等温锻造模具的锻造工艺，包括以下步骤操作：

第一步：在模具加热炉内把模具加热到锻造温度380℃并保温2小时以上，在坯料加热炉内把镁合金坯料加热到锻造温度380℃并保温4小时；

第二步：把加热后的镁合金坯料装入下模的型腔内，通过定位块定位，装模定位后按设定的变速率压制工艺在数控等温锻造液压机上进行锻造；

第三步：锻造完成后开启上模，通过顶出机构将锻件顶出，移出工作台，取出锻件并立即淬火。

所述模具加热炉在锻造过程中保持工作状态，控制上模、下模和镁合金坯料的温度为380±5℃。

所述的镁合金坯料在装入加热炉前均匀喷涂油剂氮化硼润滑剂，上模、下模在镁合金坯料装模前均匀喷涂油剂氮化硼润滑剂。

所述的设定的变速率的速度范围为1mm/s～0.005mm/s，根据不同锻造阶段的载荷特征设置了四个不同压制速度，具体按表1设置：

表1不同锻造行程锻造速度设置

所述镁合金阶梯型结构模锻件锻后立即进行淬火。