[发明专利]一种Mg-Al-Ca镁合金锻件的制备工艺

说明书

本发明公开了一种Mg‑Al‑Ca镁合金锻件的制备工艺，制备工艺包括以下步骤：A、将Mg‑Al‑Ca镁合金加工成边长为60‑200mm的立方体锭坯；B、对锭坯进行均匀化退火处理，退火工艺为：320‑360℃保温4‑6h后升温至400‑420℃保温25‑30h；C、均匀化退火处理后取出锭坯空冷至初锻温度340‑360℃，在液压机上进行拔长式降温自由锻造，上下砧板温度为300‑350℃，压下速度为400‑500mm/min，锻造10‑16道次，道次真应变量为0.1‑0.2，累积真应变量为1.6‑2.4，锻造终了温度为210‑240℃；D、锻造完成后立即淬火处理，水温为40‑70℃；采用该工艺，在锻造时不需中间退火，在锻造后不需时效处理，显著缩短工艺流程、提高生产效率、降低生产成本；且制备出的Mg‑Al‑Ca系合金锻件强度高、塑性好，满足航空航天、汽车工业领域镁合金结构件的性能要求。

技术领域

本发明涉及镁合金变形加工领域，特别涉及一种Mg-Al-Ca镁合金锻件的短流程制备工艺。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、阻尼减震性好、易于回收等优点，在国防军工、航空航天、汽车工业等领域展现出广阔的发展前景。其中，Mg-Al-Ca系合金因其较低的原材料成本、良好的强度与塑性匹配，相对于其他镁合金有更大的市场和用量。然而，与稀土镁合金、铝合金以及钢铁结构材料相比，Mg-Al-Ca系合金的强度和塑性还远远不够，这严重制约了该合金的推广和应用。

细晶强化是Mg-Al-Ca系合金的主要强化机制，因为该合金具有密排六方结构，其Hall-Petch关系中的常数K值远远高于其他结构的金属材料(如铝合金、铜合金等)，当再结晶充分时，均匀的显微组织还能有效缓解应力集中以提高材料的塑性。沉淀强化是Mg-Al-Ca系合金的另一种强化机制，往往通过时效热处理的方式在合金中形成析出相以阻碍位错运动，时效析出相的形状和尺寸往往取决于时效热处理制度，对合金的强度和塑性都有较大影响。

因此，为了提高Mg-Al-Ca系合金的综合力学性能，在变形加工过程中应尽量避免中间退火等过程而导致晶粒长大，在变形后采取时效处理，以引进沉淀强化效果。部分学者提出了变形前预时效处理的工艺路线，借助时效析出相对再结晶的诱导作用以及变形对析出相的破碎作用来同时达成晶粒与第二相尺寸的细化，取得了力学性能的提高。然而，预时效后再变形的工艺过程对变形温度有较高的限制，往往局限于在时效温度范围(200℃)内，且多适用于挤压这种三向受压的应力状态，而在锻造时容易开裂且显著提高变形抗力，增加了设备的吨位和损耗。此外，该工艺依然包含时效处理、热处理后降温与变形前再升温的环节，并不能缩短工艺流程。

发明内容

针对Mg-Al-Ca镁合金，为了其大规模工业生产提供一种简便的锻造短流程工艺，本发明提供一种Mg-Al-Ca镁合金锻件的短流程制备工艺，具体技术方案如下。

一种Mg-Al-Ca镁合金锻件的制备工艺，其特征在于：Mg-Al-Ca镁合金的质量百分比成分为Al：7.5-9.0％、Ca：0.3-0.5％、Fe≤0.01％、Ni≤0.0015％、Be≤0.001％，其余为Mg，所述制备工艺包括以下步骤：

A、将Mg-Al-Ca镁合金加工成边长为60-200mm的立方体锭坯；

B、对锭坯进行均匀化退火处理，退火工艺为：320-360℃保温4-6h后升温至400-420℃保温25-30h；

C、均匀化退火处理后取出锭坯空冷至初锻温度340-360℃，在液压机上进行拔长式降温自由锻造，上下砧板温度为300-350℃，压下速度为400-500mm/min，锻造10-16道次，道次真应变量为0.1-0.2，累积真应变量为1.6-2.4，锻造终了温度为210-240℃；

D、锻造完成后立即淬火处理，水温为40-70℃。

优选地，所述步骤C中，初始道次锻造时，锭坯的表面温度为345-355℃。