镁合金锻造工艺特点

镁合金锻造工艺特点
1．坯料准备
镁合金锻造用原材料主要有铸锭和挤压棒材，大多数情况下都采用挤压棒材，仅在锻造大型模锻件时，才采用铸锭作为原材料。

为提高可锻性，铸锭锻前应进行均匀化退火，以改善其塑性。

镁合金挤压棒材的特点是塑性好，但其机械性能的异向性较铝合金挤压棒材严重，这是由于在挤压过程中，除形成纤维组织外，密排六方晶格脆的基面逐步转向与挤压方向重合而造成的。

为了获得机械性能均匀的锻件，挤压棒材应尽可能减少机械性能异向性，为此铸锭于挤压前应进行均匀化退火，并要增大挤压时的变形程度。

镁合金下料可在圆盘锯或车床上进行，而不采用剪床下料，以防在切口处形成裂纹。

除MB2，MB15外，一般不推荐在热态下剁切。

铸锭在锻前应进行表面机械加工，对坯料或棒料也应检查并消除表面缺陷，以防在锻造中发生开裂。

MB15挤压棒材常常带有粗晶环，锻前应进行扒皮。

由于镁屑易燃，下料速度应缓慢。

切削时不用润滑剂和冷却液，以防镁屑燃烧和毛坯受到腐蚀。

切屑要单独存放，工作场地要清洁，以防烟火和爆炸。

2．锻前加热
镁合金的加热方法与铝合金的基本相同。

镁合金有良好的导热性，任何尺寸的毛坯或铸锭均可不经预热而直接放入炉膛内加热。

但镁合金中的原子扩散速度慢，强化相的溶解需要较长时间，故实际采用的加热时间还是较长的。

加热时间可按每毫米坯料直径（或厚度）1.5～2min计算。

镁合金属于低塑性合金，其锻造温度范围比铝合金窄。

镁合金的锻造温度范围和加热规范如表25所示。

表25 镁合金的锻造温度范围和加热规范
镁合金的加热温度和保温时间，不仅影响合金的工艺塑性，而且还影响锻件锻后的组织和机械性能，这是因为镁合金没有相变重结晶，多数镁合金是不能通过热处理强化的。

如果加热温度过高、保温时间过长或加热次数过多，则再结晶愈充分且晶粒尺寸增大，使镁合金的抗拉强度和屈服强度降低，即产生软化现象（图39）。

这种晶粒长大及软化现象，不能靠随后的热处理来补救，所以必须严格控制锻造工艺。

镁合金在不同温度下允许的最长保温时间见表26。

加热时间与装炉量有关。

电炉的正常装炉量应保证毛坯都放在炉膛有效区内，毛坯之间有一定间隙，而且不重叠。

箱式电阻炉常增设框架来增加装炉量。

几种箱式电炉的装炉量见表27。

大多数情况下，镁合金铸件的力学性能取决于锻造中的应变硬化，故应特别重视每火加热所产生的软化和变形强化的综合效果。

尤其最终锻造工序的加热温度应取下限，才能保证锻件性能。

但若温度过低，将形成裂纹。

图39 MB15合金的软化曲线（保温8h）
表26 镁合金在不同温度下允许的最长保温时间
表27 铝、镁、铜合金锻压加热电炉装炉量①
注：①表中的装炉量为电炉内增设双层框架的装炉量；如单层无框架，装炉量减半。

镁合金锻造的一个重要目标是细化晶粒。

那些在锻造温度下晶粒迅速长大的合金（MB2，MB5，MB7），实际中可采用降低15～20℃的温度进行锻造。

对于那些具有很小变形温度区间的锻件，常在最低允许温度下锻造，以得到应变硬化。

MB15等合金晶粒长大缓慢，因而没有太多的晶粒长大的危险。

镁合金毛坯装炉前应除去表面所涂的油膏和其他污物，以免在炉内产生硫、氢等有害气体。

镁合金毛坯一般在箱式电阻炉中加热，在480℃以下不需要惰性或还原气氛。

由于锻造温度远低于各种合金的熔点，若控制适当不会引起燃烧。

必须保证炉内温度均匀，若装有鼓风机等强制空气循环装置对均匀加热极为有利。

3．锻造
镁合金对变形速度十分敏感，随着变形速度的增加，镁合金的塑性显著下降。

如表28所示，大多数镁合金在锤上变形时，允许变形程度不超过30%～40%，而在压力机上变形时，变形程度可达60%～90%。

所以，液压机或慢动作机械压力机是镁合金自由锻和模锻的最常用设备。

用这些设备镁合金可以锻造成具有小的内外圆角半径（例如1.5mm，5mm）及具有薄腹板（例如3.5mm）的锻件，脱模斜度可达3°或更小。

镁合金很少用锤及高速压力机进行锻造，因为在这样的设备上锻造不采用很严格的工序，将会产生裂纹。

MB1，MB8等低合金化合金对变形速度不大敏感，在锤上和压力机上都有较好的加工性能。

表28 镁合金的允许变形程度
镁合金最适宜的加工方法是挤压、闭式模锻及在型砧中自由锻造等。

当用这些方法加工时，工具壁对金属形成侧压力，使得拉伸应力和拉伸应变为最小。

镁合金与铝合金，在锻造的各个方面有许多相似之处，例如，在锻件设计及模具设计方面，余量、公差和模锻斜度等，二者是相同的。

因镁合金的工艺塑性比铝合金低，所以某些参数也略有差别，例如MB15和MB7合金锻件的腹板厚度比相同条件下的铝合金锻件要大一些。

镁合金的流动性差，只适于单型槽模锻。

对一些形状复杂尺寸较大的模锻件，一般采用自由锻制坯，最后进行单型槽模锻。

模具型腔表面光洁度要高，精心抛光表面有助于锻造过程中金属的流动，并可防止锻件表面粗糙、划伤等缺陷。

镁合金导热性好，遇到冷模具会产生激冷而造成裂纹。

由于模锻时锻件与模具接触面积大、接触时间长，模具必须预热到比锻坯低的不太多的温度，模具预热温度一般约为250～300℃。

环轧模具因与工件接触面小、接触时间短，故对模具预热温度要求不严。

用于铝合金模锻的各种润滑剂均适用于镁合金。

常将油剂石墨涂或喷在热模具上，油剂燃烧后在模具上余有一薄层石墨，也可采用水剂胶体石墨以提供清洁的工作条件。

虽然不太方便，但有时也可直接采用喷灯火焰中残余的烟黑进行润滑。

无论采用什么样的润滑剂，都要涂得均匀，并且润滑剂涂层要薄。

若锻件上的石墨沉积很厚，将在酸洗时易产生点蚀或电化学腐蚀。

镁合金锻件锻后通常在空气中空冷。

国外对镁合金采用锻后直接淬水以防进一步的再结晶和晶粒长大。

对于一些时效硬化合金，淬水阻止了硬化成分从固溶体中析出，从而它们可在随后的时效处理中析出。

小批量生产中镁合金锻件常用带锯在冷态切边。

镁合金容易产生切边裂纹，用切边模切除毛边时，适宜采用咬合式模具，尽可能使凸凹模间的间隙小或无间隙，切边温度应在200～300℃之间。

4．锻件的氧化处理
镁合金抗腐蚀能力很低，所以在锻造时，如果工序之间的停留时间超过两周以上（七、八、九月不得超过240h），或者锻后不能及时进行机械加工的锻件，需要进行氧化处理，以防锻件表面锈蚀。

受腐蚀的锻件表面有斑疤或小黑点，深浅不一，用常规酸洗方法去不掉。

如果进行锻造，容易在小点密集处开裂，并向锻件体内扩展，造成废品。

氧化处理前需进行除油和酸洗。

酸洗的目的是将锻件表面上的自然氧化物和其他杂质腐蚀掉，使基体金属表面露出，为氧化处理作好准备，同时可以更清晰地暴露锻件表面的折叠、裂纹、拉伤等缺陷，以便修伤，清除缺陷。

常用的镁合金锻件化学氧化溶液的配方及工艺见表29。

锻件在氧化槽液中氧化处理后应立即在流动的洁净的室温冷水槽中清洗0.5～2min，再在低于50℃的热水槽中清洗0.5～2min，然后用50～70℃的热压缩空气或室温干燥的压缩空气将锻件吹干。

表29 常用镁合金锻件化学氧化溶液配方及工艺条件
注：1.槽液成分应每季度分析一次，根据分析结果及时调整比例。

2.工序之间的氧化处理以1号溶液为宜。

经过氧化处理的锻件，表面上形成一层金黄色的致密连续的氧化膜。

如果没有后续的锻造变形工序或者不能及时进行机械加工，锻件氧化后需涂油包装封存。

未经涂油的锻件，保存期不得超过一个月。

5．热处理
镁合金锻件热处理与铝合金的基本相同，但由于合金性质不同，镁合金热处理的强化效果不如铝合金的好。

热处理不能强化的MB1，MB8合金和热处理强化作用不大的MB2合金锻件可不经热处理或只经软化退火处理。

MB5合金锻件一般采用软化退火处理。

退火的目的是消除应力，提高尺寸稳定性、降低腐蚀倾向和应力集中的敏感性，减小或消除各向异向性。

镁合金在高温下晶粒长大倾向大，故退火温度不宜过高，否则会造成晶粒粗大，降低机械性能及抗蚀性。

退火后采用空冷。

可热处理强化的MB7合金锻件，可采用固溶处理，需要时，也可进行固溶加人工时效处理。

根据使用温度不同，MB15合金锻件锻后可以直接采用不同温度的人工时效处理。

镁合金的过饱和固溶体比较稳定，自然时效几乎不起强化作用，除零件要求具有较高的塑性外，一般采用人工时效。

镁合金在高温下容易氧化，甚至燃烧，故固溶加热时一般要用保护性气氛。

加热设备要有较好的密封性，通常采用空气循环电炉。

镁合金锻件的热处理制度见表30。

表30 镁合金锻件的热处理制度
* MB1和MB2合金锻件不进行热处理，需要时，可进行软化退火。

6．模锻工艺举例
图40为内半环的锻件图，锻件材料MB2，模锻斜度7°，未注明圆角R5，表面缺陷深度为工余量之半。

模锻工艺过程如下：（1）下料坯料尺寸φ150×168mm，端面光洁度R a=3.2，尖角倒圆（R6）。

（2）加热电炉加热，加热温度（440±10）℃，保温时间不少于5h。

（3）镦粗3t模锻锤平模镦粗，锻造温度范围450～350℃，锻后空冷。

镦粗时轻击，滚1～2次外圆，以避免裂纹。

（4）氧化处理按镁合金氧化处理规程进行。

（5）检验发现表面缺陷并标记。

（6）打磨用刃磨机、刮刀、抛光机清除表面缺陷，经打磨后的锻件应重复工序4～6。

（7）加热电炉加热，加热温度（440±10）℃，保温时间大于2h。

（8）模锻设备为3t模锻锤，模锻温度范围450～350℃，锻后空冷。

（9）冲孔在3150kN冲床上用冲孔模冲孔，模锻后立即冲孔。

（10）氧化处理按镁合金氧化处理规程进行。

（11）检验硬度用布氏硬度计，d≤5.15，100%检查。

（12）最终检验10%抽查尺寸，100%检查表面质量。

（13）打磨按检验要求清除表面缺陷。

（14）氧化处理按镁合金氧化处理规程进行。

注意事项：①每次加热时间不超过9h；②锻后及时氧化处理；③毛坯与锻件禁止与烟火、红铁接触。