典型镁合金材料生产流程:锭坯加热→一次挤压→切中间坯料→加热→二次挤压→人工时效→拉伸矫直→切头尾与取试样→辊式矫直→手工矫直→检查→切成品与打印→氧化着色→成品检查→包装→入库→发运。
大家都比较熟悉铝合金材料挤压的过程,但对于镁合金的挤压过程可能较为陌生,因此,需要特别注意。众所周知,铝合金锭坯可在燃油炉、燃气炉、空气电阻炉、感应电炉中加热,然而,镁合金锭坯只允许在空气电阻炉内加热。笔者挤压镁合金时,在加热铝合金的燃油炉内加热镁合金,结果着火了,幸好没伤人,也没造成火灾;还有一次,在加热铝扁锭的电阻炉内加热镁锭也着火了。因此,在加热镁锭坯时应特别小心。
镁合金锭坯的加热温度不高,为防止燃烧,加热温度宜≤470℃,而铝合金的高加热温度可达550℃;镁合金的大挤压速度为20m/min,比硬铝的快,但仅为软铝合金的1/3;热挤压镁合金材料的收缩率比铝合金的大,在设计模具时应注意;挤压镁材的拉矫不可在室温进行,宜加热到150℃~250℃,且须用拉矫机,而铝合金的拉矫可在室温下进行。
从金属变形的的主变形方式可知,轧制的主变形方式是双向延伸、一向压缩的,因此,轧制不利于充分发挥镁合金的塑性能力,镁合金轧制板带材轧制工艺并不是一种主要的工艺,在镁及镁合金的半成品产量中,平轧材也不是多的。在书面材料中,不宜把“轧制”写成“压延”,因为在国标GB/8005.1中并没有“压延”一词,只有“轧制”一词;同时,在商务印书馆出版的第3版《新华大字典》中也无“压延”一词,只有“轧制”。
镁及镁合金晶体结构为密集六方晶格,塑形变形能力不强,所以轧制板材时多采用塑性较高的AZ31和M1A合金。铝合金及铜合金晶体都是面心立方晶格,有很高的塑性,可轧成很薄的箔材。板材可按其厚度分为厚板与薄板,对铜合金及铝合金来说,厚板是指厚度>6mm的板材,现在航空航天工业用的铝合金厚板厚度已达250mm;≤6mm的板材称为薄板。对镁合金板材来说,一般把原度11mm~70mm的称为厚板,厚度≤10mm的称为薄板。
由于镁合金的变形能力有限,为使锭坯获得大的变形量和减少裂纹产生,大都进行热轧,热轧温度300℃~450℃,可根据合金选择温度,热车道次压下率为10%~30%,铝合金的热轧道次压下率可达50%。在镁合金热轧时,若轧件温度降到315℃,则需要重新加热,以热轧的进行。
在镁合金的应用产品中,压力加工产品、铸造产品以及非结构应用呈三足鼎立之势,自镁实现工业化应用以来,镁在冶金工业(配制铝合金、钢脱硫、球墨铸铁等)中的应用占50%-65%,加工镁及镁合金半成品(板、带、管、棒、型材)材料的占比很小,仅为1%-1.6%,挤压材(管、棒、型材)占的比例更小,只有0.4%-0.8%。因此,每年须进行表面处理的挤压镁材量不多。挤压镁材的表面处理方法有氧化着色、阳极氧化、电镀等。
挤压镁材的氧化着色
挤压镁材氧化着色工艺流程及参数见表1,其预处理(脱脂、水洗、酸洗、光亮蚀洗)及氧化处理后的水洗等处理与前面介绍的相同。
槽液配制与管理
根据槽的容积计算所需的化工产品,加水至1/2容积,将化工产品一一加入槽中,对除油槽与氧化槽加热、开风机、搅拌,而对酸洗槽与光洗槽在室温下开风机、搅拌。搅均后加水至规定容积,再搅拌均匀,取样分析,试氧化,合格后方可正式生产。在使用期间应定期对槽液成分进行化学分析。
氧化膜缺陷修补
挤压材表面上的氧化膜应均匀、牢固,若检查不合格,可作如下修补:
清除不合格膜层,重新处理。
局部清除有缺陷的氧化膜,再用补色液着色,常用的补色液见表2。用汽油或工业酒精擦净油污后,用玻璃砂布轻轻打磨,露出干净的镁,以压缩空气吹净粉尘,用浸以酒精液的纱布擦净表面,晾干后用缠锦纱或棉花的玻璃棒或木棒,蘸上氧化液在表面上反复涂擦约35s,晾干后即可。