1 引言
鎂合金是實用金屬中密度最低的金屬，具有比強度高、剛度好、抗震減噪性能好等特點，是較為理想的結構金屬材料，在航空、航天、汽車、3C產品以及軍工等領域具有廣泛的應用前景和巨大的應用潛力。過去，鎂合金主要應用于冶煉行業(yè)，而在結構材料方面的應用僅限于航空航天方面的少量需求。近年來，隨著鎂生產技術的發(fā)展，鎂合金作為結構材料的應用得到了極大關注。資料顯示，日本、新加坡和中國臺灣等在鎂合金的技術開發(fā)和產業(yè)化應用方面取得了較大的進展。
在開發(fā)某設備瞄鏡時，原設計中瞄鏡外殼的材料采用的是普通碳鋼，質量達7.8kg，由于其懸臂安裝在主機上，且要承受很大的沖擊振動，工作時由于沖擊振動的慣性作用，很容易發(fā)生變形直至失效。為了減輕瞄鏡殼體重量，且保證其強度要求，經(jīng)充分論證最終選用了MB2鎂合金鍛造毛坯。為確定該合金在普通設備上直接鍛造時的工藝參數(shù)，開展了MB2鎂合金的鍛造工藝試驗研究。
2 鍛造鎂合金的特性
金屬鎂具有密集六方晶格結構，室溫下只有基面{0001}產生滑移，因此鎂合金在室溫下容易脆裂；在200℃以上時第1類角錐面{1011}產生滑移，塑性因此有所提高；在225℃以上時第2類角錐面{1012}也可能產生滑移，塑性提高更大。因此鎂合金宜在200℃以上進行成形加工。
MB2為Mg-Al-Zn系列不可熱處理強化的變形鎂合金，在熱態(tài)下具有較高的塑性，甚至在不利的應力應變狀態(tài)下也可以變形。但在較高溫度(尤其在400℃以上)下，MB2鎂合金很容易發(fā)生氧化，表面會瞬時形成一層銀白色、稍發(fā)灰且很薄的氧化膜，且與冷模接觸時，極易產生裂紋，因而其鍛造溫度范圍很窄。
3鍛造試驗
3.1試驗目的
通過對MB2鎂合金棒材在鍛造時爐膛保溫時間、鍛床夾板溫度、鍛打時間等工藝參數(shù)的對比分析，為制訂該合金的鍛造工藝提供依據(jù)。
3.2試驗材料及設備
(1)根據(jù)產品生產要求：選用Φ50mm×35mm棒材改鍛成Φ98mm×18mm毛坯；(2)鍛造設備：C41—560B鍛錘；(3)加熱設備：H30型箱式電爐(電子電位控溫)；(4)測溫設備：紅外測溫儀；3.3工藝流程棒材→加熱→一次鐓粗→毛坯。
3.4試驗設計
資料顯示，MB2鎂合金的鍛造溫度范圍應在350℃～400℃，根據(jù)經(jīng)驗，影響鍛件質量的有爐膛保溫時間、鍛床夾板溫度、鍛打時間3個主要因素。為使試驗次數(shù)最少，把鍛造時間控制在資料推薦范圍之內，把另外3個主要影響因素分別劃分了如表1所示的3個水平，參照正交試驗設計方法，設計了如表2所示的9次試驗。
表1影響鍛造質量因素的水平表
表2鍛造試驗設計
4試驗結果及分析
試驗后得到如表3所示的試驗結果，試驗結果顯示：YD-1～6號試驗，試樣在鍛錘上一次鍛造即發(fā)生開裂現(xiàn)象；YD-7～9號試驗，試樣的鍛造質量逐漸好轉，YD-9號試驗的試樣鍛造質量最佳。在低倍顯微鏡下對YD-9號試驗的試樣進行流線檢查，無流線不順現(xiàn)象，符合瞄鏡殼體的鍛造質量要求。
表3鍛造試驗結果
4.1 溫度對鍛造質量的影響
資料顯示，MB2鎂合金隨著加熱溫度的升高，其變形抗力逐漸變小[4]，其抗拉強度隨溫度變化的曲線如圖1所示。由圖1可知，在200℃時其抗拉強度達到125MPa，而在400℃時其抗拉強度降至35MPa。因此在高溫下，MB2的變形能力較高，鍛造性能好，與試驗結果相符。
圖1不同溫度下MB2的抗拉強度
因此，保持鍛造時的溫度是保證鍛造質量的關鍵所在，減少鍛打時間、提高鍛錘夾板溫度等措施都是為了達到這一目的。
4.2 爐膛保溫時間對鍛造質量的影響
試驗顯示，當爐膛保溫時間小于3.5h時，一次鍛造即出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。因此，足夠的保溫時間能使MB2鎂合金得到充分的相變，從而滿足鍛造的需要。
經(jīng)后續(xù)優(yōu)化試驗，爐膛保溫時間可按下式進行估算：
T=(H×Δt)/60
式中T——爐膛保溫時間(h)
H——鍛造前毛坯厚度(mm)
Δt——每毫米厚材料保溫時間(經(jīng)試驗可取Δt=10min/mm)
表4最佳鍛造工藝參數(shù)
5結論
(1)鍛坯出爐溫度不能超過430℃，在350℃～400℃之間為宜；夾持板的溫度在300℃～355℃較為合適。
(2)如果鍛坯較薄，則散熱速度快，要求的鍛造時間更短，過薄的坯料幾乎無法進行鍛造；對厚大鍛坯，須增加鍛造火次，方能鍛造成功。
(3)鍛造時為降低摩擦力，須采用石墨、動物油等潤滑劑以利于MB2鎂合金的流動。
(4)經(jīng)后續(xù)優(yōu)化試驗，得出如表4所示的最佳鍛造工藝參數(shù)，對MB2鎂合金在普通設備上的鍛造生產具有一定的指導意義。
