CN101109061B

CN101109061B - 镁合金室温静液挤压变形强化工艺

Info

Publication number: CN101109061B
Application number: CN 200710070275
Authority: CN
Inventors: 王荣; 杨波; 朱秀荣; 钱学梅; 齐霖; 徐永东; 费良军; 赵国田; 张广明
Original assignee: No 52 Institute of China North Industries Group Corp
Current assignee: No 52 Institute of China North Industries Group Corp
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: CN101109061A

Abstract

镁合金室温静液挤压变形强化工艺，涉及有色金属塑性成型技术。按预先设计挤压比加工镁合金坯料；将坯料安装在挤压模中以密封圈密封处理；将坯料和挤压模安装到挤压机挤压筒中并予以固定；以密封圈对挤压机挤压杆头部进行密封并向挤压筒内填充液压油；在室温下开启挤压机选择压强推动挤压杆进行镁合金坯料静液挤压；退模取出变形后的镁合金产品。本发明材料变形始终处于很高的三向压应力状态，材料的塑性随压应力的增加而增加，适合于较脆、滑移系少的镁合金室温形变强化，坯料不接触挤压筒筒壁，无摩擦，比通常热机械挤压力小，由于坯料与挤压模处于流体动力润滑状态，故摩擦力小，模具寿命长，材料力学性能均匀，制品表面光洁度高。

Description

镁合金室温静液挤压变形强化工艺

技术领域

本发明涉及一种有色金属塑性成型技术领域，尤其涉及一种镁合金室温静液挤压变形强化工艺。

背景技术

近几年来，航空航天工业的发展和汽车工业的发展，对其零部件如何减轻重量和节能、环保方面提出了更高的要求，推动了镁合金在上述两大领域中的大规模开发应用，由于镁及其合金的塑性变形能力差，生产工艺难度大，加工成本过高，与铝合金相比缺乏性价比优势，从而严重制约了其市场应用的拓展，极大的限制了变形镁合金的发展。现有技术的镁合金零部件主要是通过铸造工艺生产，后来又发展为常规热挤压变形生产，当然，与铸造工艺相比，热挤压工艺获得的零部件组织得到细化，铸造缺陷得到消除，产品的综合力学性能大大提高，比铸造镁合金具有更高的强度和更好的延展性，使镁合金有望成为本世纪的高性能结构材料。但热挤压强化变形镁合金工艺还存在不可避免的缺陷：①镁合金在高温时容易氧化，对变形后材料的性能十分不利；②镁合金的热加工参数窗口十分窄小，热加工的工艺控制精度要求较高，产品的性能波动大；③变形挤压过程中坯料需与挤压筒壁直接接触，产生较大的摩擦力致使挤压力提高，同时增加了粘模倾向，给模具清理带来了较大困难；④坯料在挤出前会产生墩粗过程，因而在材料表面周向产生拉应力，致使在变形过程中产生表面裂纹；⑤变形前需要对模具和材料进行加热，这将会降低模具的使用寿命，增加生产成本，同时使材料在保温和变形过程中晶粒组织长大，从而导致材料变形强化效果不明显。因此，如何改变镁合金的变形强化工艺、避免现有技术缺陷、达到低成本、高力学性能和高表面光洁度的变形加工技术是扩大镁合金应用所必须解决的关键技术。

发明内容

本发明的目的旨在克服传统热挤压工艺中所存在的高温氧化、加工工艺参数窗口窄小、晶粒组织长大、粘模倾向大和模具使用寿命低等缺陷，提供一种变形强化成本低、又能大幅提高力学性能、提高模具使用寿命和提高产品表面光洁度的镁合金室温静液挤压变形强化工艺。

本发明的目的通过下列技术方案达到：

一种镁合金室温静液挤压变形强化工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：

a、根据预先设计的挤压比1.1～2.0，加工ZK60镁合金材料，以获得外形尺寸符合要求的镁合金坯料；

b、将加工好的坯料安装到预制的挤压模中，并以密封圈进行密封处理；

c、将装配好的坯料和挤压模一起安装到挤压机的挤压筒中，并对挤压筒予以固定；

d、利用密封圈对挤压机挤压杆头部进行密封处理，并向挤压筒内填充液压油；

e、在室温下开启挤压机，选择压强推动挤压杆进行镁合金坯料的静液挤压变形；

f、退模，取出变形后的镁合金产品。

所述的挤压机压强选择为200MPa～1000MPa。

与现有技术相比，本发明采用了在室温静液状态下对ZK60镁合金进行挤压变形加工，具有较明显的技术优势：①材料变形始终处于很高的三向压应力状态，而材料的塑性随着压应力的增加而增加，因而该工艺更加适用于材料本身较脆、滑移系少的镁合金的形变强化；②镁合金坯料与挤压筒壁不直接接触，无摩擦，所以材料的变形极均匀，因而制品的力学性能在断面上和长度上都较均匀，产品的抗拉强度大大超过热挤压变形后的强度；③挤压力比通常的热挤压正向挤压力小20％～40％，从而可充分利用挤压力，选用挤压吨位较小的设备；④因坯料与模子处在流体动力润滑状态，所以摩擦力极小，模具磨损也少，延长使用寿命，又能提高制品表面光洁度。

附图说明

图1为静液挤压装置示意图。

图2为静液挤压(a)与热挤压(b)表面质量对照图。

具体实施方式

下面再结合图1对本发明的技术方案进行具体说明。

室温静液挤压变形强化镁合金，以ZK60镁合金的静液挤压变形强化为例，根据材料本身变形性能如密排六方晶系、滑移系和变形条件的室温高低作为依据选择设计挤压比，对于圆柱形棒料而言：

挤压比＝D²/d²

式中D-挤压前的坯料加工直径；

d-挤压成形后的成品直径。

本发明设计的挤压比为1.1～2.0，挤压比越小，挤压机的吨位可选择越小，挤压比越大，挤压机的吨位要求越大，根据材料性能可选择压强200MPa～1000MPa。

实施例1：

设计挤压比为1.1，挤压模具8尺寸为φ10mm(即挤压后的成品直径，以下同)工艺步骤如下：

1、根据预先设计的挤压比计算得出ZK60镁合金棒坯的加工尺寸为φ10.49mm，按照该计算尺寸车削镁合金坯料6。引导段尺寸为φ10mm×6mm，并且保证引导段和变形段为单边20°±0.2°锥度过渡，以保证坯料和挤压模8的密封连接。引导段和变形段之间的20°±0.2°锥度指的是锥面与垂直中心线的夹角，该夹角太小，在挤压过程无法实现密封；太大会引发应力集中，导致坯料出现裂纹，故以20°±0.2°为宜，以下同。

2、采用密封圈7(φ45×2.5)对挤压模8进行密封处理，再将加工好的坯料6与挤压模8进行装配，并采用油脂对坯料6和挤压模8的连接处进行密封以及变形段的润滑处理，油脂选用癸二酸二辛脂加二硫化钼(市购获得，以下同)。

3、开启压机，升起挤压缸2，再将装配好的坯料6和挤压模8安装到挤压筒5中，然后放下挤压缸2，并保证其与底座的密封配合，再将挤压缸2与底座进行紧固连接。

4、采用密封圈3(φ45×3.3)对挤压杆1进行密封，再向挤压筒5内填充液压油4，液压油选用蓖麻油(市购获得，以下同)。

5、开启压机，落下挤压杆1，使镁合金坯料在200MPa左右的压强下完成该静液挤压变形过程，(挤压杆的落下行进速度对产品的抗拉强度有一定影响，以缓慢推进为宜)。

6、升起挤压杆1，再将挤压缸2升起，在底座上放置垫块后落下挤压缸2并进行退模，取出变形后的镁合金棒料。

本实施例在未经热处理时，抗拉强度达到340MPa左右。

实施例2：

设计挤压比为1.5，挤压模具尺寸为φ10mm，工艺步骤如下：

1、根据预先设计的挤压比计算得出ZK60镁合金棒坯的加工尺寸为φ12.25mm，按照该计算尺寸车削镁合金坯料6。引导段尺寸为φ10mm×6mm，并且保证引导段和变形段为单边20°±0.2°锥度过渡，以保证坯料和挤压模的密封连接。

2、采用密封圈7(φ45×2.5)对挤压模进行密封处理，再将加工好的坯料6与挤压模8进行装配，并采用油脂对坯料6和挤压模8的连接处进行密封以及变形段的润滑处理。

4、采用密封圈3(φ45×3.3)对挤压杆1进行密封，再向挤压筒5内填充液压油4。

5、开启压机，落下挤压杆1，使镁合金坯料在600MPa左右的压强下完成该静液挤压变形过程。

本实施例在未经热处理时，抗拉强度达到380MPa左右。

实施例3：

设计挤压比为2.2，挤压模具尺寸为φ10mm，工艺步骤如下：

1、根据预先设计的挤压比计算得出ZK60镁合金棒坯的加工尺寸为φ14.83mm，按照该计算尺寸车削镁合金坯料6。引导段尺寸为φ10mm×6mm，并且保证引导段和变形段为单边20°±0.2°锥度过渡，以保证坯料和挤压模的密封连接。

5、开启压机，落下挤压杆1，使镁合金坯料在1000MPa左右的压强下完成该静液挤压变形过程。

本实施例在未经热处理时，抗拉强度达到400MPa左右。

从图2表面质量对照图可知，采用室温静液挤压的零件表面光洁度a显著优于热挤压零件表面光洁度b。

Claims

1.一种镁合金室温静液挤压变形强化工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：

f、退模，取出变形后的镁合金产品。

2.根据权利要求1所述的镁合金室温静液挤压变形强化工艺，其特征在于所述的挤压机压强选择为200MPa～1000MPa。