CN101279332A - 扁挤压筒开坯的镁合金板带坯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扁挤压筒开坯的镁合金板带坯的制备方法，制备方法有以下步骤：调整扁挤压筒与挤压杆的位置，使挤压杆的中心线、扁挤压筒的中心线以及板带模具的中心线位于同一直线上；初始扁锭经机加工、铣皮后，在400～420℃下均匀化处理12～24小时；经均匀化处理后的镁合金扁锭加热至400℃～430℃，保温；同时将扁挤压筒和板带模具加热至400℃～430℃，保温6小时；将上述步骤的镁合金扁锭送入扁挤压筒的通道中，经过扁孔通道进入板带模具挤压，挤压速度为1.5m/min－5m/min，得到矩形截面的镁合金板带坯。本发明采用带有扁挤压筒的挤压装置，用所述加工方法可使镁合金材料在挤压过程中的变形均匀，得到组织的各向异性性能优良的镁合金板带坯。

Description

扁挤压筒开坯的镁合金板带坯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金板带坯的加工，特别涉及一种扁挤压筒开坯的镁合金板带坯的制备方法。

背景技术

镁的比重小，具有减振降噪性能优良、电磁波干扰防护性强等特点。为适应减重、节能、环保等迫切要求，镁合金在汽车、电子通讯和航空航天等许多领域中得到了广泛应用，其中镁合金板带材的应用占有很大比重，并且潜在应用市场广阔。目前，镁合金板带材加工通常采用热轧开坯轧制工艺、双辊连续铸轧工艺和挤压开坯轧制工艺等方式来完成，其加工工艺分别如下所述：

热轧开坯轧制的工艺流程为：熔炼→铸锭→热轧→温轧→冷轧。一般热轧开坯采用镁合金铸锭的厚度为170-200mm，为了获得小于2mm的镁合金板带材，需要多次轧制。这种工艺与铝合金加工工艺相比，道次压下量很小，需要多次中间退火，生产流程长、成材率很低，使得镁合金板带材生产能耗大、成本高，镁合金板带材的发展应用受到一定的制约。

双辊连续铸轧工艺可直接从镁合金熔体制备出2-10mm厚的镁合金板带坯，经过后续热轧和冷轧得到需要厚度的镁合金板材。但由于设备投资较大，并且所生产的镁合金种类有限，因此不适应小批量特殊牌号镁合金板材的加工与生产。

目前采用的挤压开坯轧制工艺与热轧开坯轧制工艺不同，挤压开坯轧制工艺采用的挤压装置(见图4)包括连接挤压机的挤压杆5、挤压垫5a、圆扁挤压筒6以及板带模具3，其中圆扁挤压筒包括外套6a以及过盈配合于该外套中的内衬6b，内衬设有截面为圆形的圆孔通道6c(圆孔通道为圆柱形)。挤压开坯轧制的挤压过程为：将镁合金坯料加工成镁合金圆锭7(见图5)，将加热到一定温度的板带模具3放置在普通挤压机的模架上，并依次将镁合金圆铸锭和挤压垫放入圆挤压筒的圆孔通道6c中，使挤压垫靠着镁合金圆铸锭。启动挤压机，挤压机的挤压杆5推动圆铸锭通过圆挤压筒的圆孔通道进入板带模具3，由板带模具3进行挤压后，即可得到一定宽度和厚度的矩形截面镁合金板带坯8，如图6所示。该板带坯经过后续热轧和冷轧可得到需要厚度的镁合金板材。这种挤压开坯轧制工艺能满足小批量特殊牌号合金的快速市场需求。但是由于镁合金圆锭7的圆形截面形状与镁合金板带坯8的矩形截面的形状差异很大，镁合金圆锭在成形过程中由圆铸锭变为矩形截面的板带坯，在板带坯的宽度方向容易引起镁合金材料的变形不均匀，使得镁合金板带坯端部变形小，中部变形大，板带坯宽度方向的镁合金组织不均匀，具有显著的各向异性，不利于板坯的后续加工生产。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种镁合金板带坯的制备方法，该加工方法可使镁合金材料在挤压过程中的变形均匀，得到组织的各向异性性能优良的镁合金板带坯。

本发明的另一目的是提供一种用于制备镁合金板带坯的挤压装置，采用所述装置，可以保证镁合金材料在挤压过程中的变形均匀，利于板坯的后续加工生产。

镁合金板带坯的制备方法有以下步骤：

(1)安装挤压装置的扁挤压筒：调整扁挤压筒与挤压杆的位置，使挤压杆的中心线、扁挤压筒的中心线以及板带模具的中心线位于同一直线上；

(2)扁锭的加工：采用常规的半连续铸或模铸或挤压方法得到初始扁锭，经机加工、铣皮后，进行均匀化处理；

(3)均匀化处理：将从步骤(1)得到的镁合金扁锭在400～420℃下均匀化处理12～24小时；

(4)挤压前扁锭的加热、保温和挤压装置的加热、保温：经均匀化处理后的镁合金扁锭加热至400℃～430℃，保温；同时将扁挤压筒和板带模具加热至400℃～430℃，保温6小时；

(5)将步骤(4)所述的镁合金扁锭送入扁挤压筒的通道中，经过扁孔通道进入板带模具挤压，挤压速度为1.5m/min-5m/min，得到矩形截面的镁合金板带坯。

挤压前扁锭加热后的保温时间，根据加热时采用的设备不同而不同，如：采用电阻加热炉需要几个小时；感应加热炉只需要几分钟。

用于镁合金板带坯的挤压装置，包括挤压杆、扁挤压筒以及板带模具，扁挤压筒由外套、带内腔的内衬组成，外套和内衬之间为过盈配合，所述扁挤压筒的内腔为扁孔通道，扁孔通道的截面为矩形，所述挤压杆的一端与挤压垫螺纹连接，挤压杆的另一端为台阶柱。

所述扁孔通道的宽度≤内衬的半径，扁孔通道的高度≤内衬的直径的三分之一。

所述扁挤压筒的内腔一端的形状与挤压杆的台阶柱吻合。

挤压杆与挤压垫的长度之和大于扁挤压筒内腔的长度。

所述扁孔通道的高度比挤压垫的高度大1mm，扁孔通道的宽度比挤压垫的宽度大1mm。

所述挤压垫的长度为扁挤压筒长度的1％。

技术术语：开坯：原始铸锭(坯)的初步加工过程，为后续加工做准备。

采用本发明的方法，将铣皮后的扁锭加热并保温，可以保证扁锭在挤压时具有均匀的温度。同时将扁挤压筒和板带模具加热至与镁合金扁锭相同的保温温度并保温，在挤压时热量不会损失。挤压杆中心线、扁挤压筒以及板带模具的中心线位于同一直线上，以保证挤压过程中挤压杆位于扁挤压筒内腔的中心而不至于损伤内腔壁，并确保镁合金扁锭受到均匀的推动力以及镁合金扁锭在板带模具中变形均匀。由于镁合金扁锭的形状与镁合金板带坯的形状一致，因此，矩形截面的镁合金扁锭变形为矩形截面的镁合金板带坯时，两者变形具有几何相似性，挤压过程中变形比较均匀，镁合金板带坯的组织均匀，因此，其各向异性性能优良，有利于镁合金板带坯的后续加工。

采用了本发明的挤压装置的挤压杆的一端设有矩形截面的挤压垫，方便与扁挤压筒和板带模具对中；所述挤压杆的另一端设有台阶柱，以增强挤压杆强度和刚度。所述扁挤压筒的内腔为扁孔通道，与被挤压的镁合金扁锭具有相同的截面形状，当挤压镁合金扁锭时，该扁孔通道可让镁合金扁锭顺利通过，扁孔通道沿扁挤压筒的内衬轴心设置，便于与挤压杆和板带模具对中，以确保镁合金扁锭变形均匀。扁孔通道的高度和宽度均大于所述挤压垫的高度和宽度，以避免挤压垫损伤扁孔通道。所述扁孔通道的宽度≤内衬的半径，扁孔通道的高度≤内衬的直径的三分之一，利于确保内衬的强度和刚度。

采用本发明方法将扁锭挤压变形为矩形截面的板带坯，其变形具有几何相似性，因此本发明的扁锭到矩形截面的板带坯变形，相对于圆铸锭变形为矩形截面板带坯更加容易，因此扁锭的保温温度可比挤压圆铸锭时低20-40℃，可以节约能源，减少加热时间。

本发明的优点是：

由于扁锭截面形状与板带坯截面形状相似，因此，挤压过程中镁合金材料的流动和变形比较均匀，镁合金板带坯的组织均匀，各向异性性能优于普通圆铸锭挤压开坯所得的板带坯，有利于镁合金板带坯的后续加工。而且挤压过程中挤压力相对于普通圆铸锭挤压开坯所得的板带坯，可降低5-1％，挤压速度可提高1-30％，生产效率较高。

本发明所述制备镁合金板带坯的方法，适应小批量特殊牌号镁合金板材的加工与生产。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中的加工镁合金板带坯的挤压装置的结构示意图；

图2为扁挤压筒的旋转剖面结构图；

图3为镁合金扁锭的截面示意图；

图4为现有技术中加工镁合金板带坯的挤压装置的结构示意图；

图5为镁合金圆锭的截面示意图；

图6为镁合金板带坯的截面示意图；

1为挤压杆，1a为挤压垫，1b为台阶柱，2为扁挤压筒，2a为外套，2b为内衬，2c为扁孔通道，3为板带模具。

具体实施方式

参见图1及图2，为本发明的加工镁合金板带坯的挤压装置，其包括挤压杆1、扃挤压筒2以及板带模具3。挤压杆1用于与挤压机连接，挤压杆1的一端设有矩形截面的挤压垫1a，挤压杆1通过螺纹与挤压垫连接，方便安装时将挤压杆的中心线、扁挤压筒的中心线以及板带模具的中心线调整位于同一直线上，同时也便于挤压垫的更换。挤压杆与挤压垫的中心位于同一直线上。挤压杆1的另一端设有台阶柱1b，台阶柱1b与挤压杆1一体成型。所述扁挤压筒2包括外套2a以及过盈配合于该外套中的带有内腔的内衬2b，扁挤压筒的内腔为扁孔通道2c。外套2a的圆周壁面上缠绕用于加热的电阻丝(图中未示出)，以便于对扁挤压筒进行加热。内衬2b为圆柱形，扁孔通道2c沿扃挤压筒的内衬2b轴心设置，扁孔通道2c的截面为矩形，扁孔通道的宽度L≤内衬的半径，扁孔通道的高度H≤内衬的直径的三分之一，本实施例扁孔通道的宽度L约等于内衬的半径，扁孔通道的高度H约等于内衬的直径的三分之一，以保证内衬的刚度和强度。扁孔通道2c的高度和宽度均大于挤压垫1a的高度和宽度，本实施例扁孔通道的高度大于挤压垫的高度1mm，扁孔通道的宽度大于挤压垫的宽度1mm，以保证挤压过程中挤压垫不会因摩擦而损伤内腔壁。挤压垫1a的长度约为扁挤压筒长度的1％，挤压杆1与挤压垫1a的长度之和大于扁孔通道长度约1mm。扁孔通道2c的高度和宽度与挤压杆1的高度和宽度之差均为2mm，同样用以保证挤压过程中挤压杆不损伤内腔壁。扁挤压筒的内衬2b的一轴端设有形状与挤压杆的台阶柱吻合的进料口2d，该进料口的端口的高度和宽度均大于扁孔通道的高度和宽度。

采用上述挤压装置，用以下方法制备本发明所述的镁合金板带坯。

实施例1

挤压装置对中：将挤压垫1a螺纹连接于挤压杆1上，调整扁挤压筒与挤压杆的位置，使挤压杆1的中心线、扁挤压筒中心线以及板带模具3的中心线处于同一直线上，挤压过程中挤压杆位于扁挤压筒内腔的中心而不至于损伤内腔壁，同时可以使扁锭在向前移动时，不向四周运动，保证挤压过程中扁锭变形均匀。

镁合金扁锭的加工：采用AZ31的镁合金材料，通过半连续铸造工艺制备出长100mm、宽93mm、厚55mm的镁合金挤压坯料。将镁合金挤压坯料切头、切尾后，机加工得到长300mm、宽90mm、厚50mm的挤压用镁合金扁锭4(见图3)。该镁合金扁锭的尺寸与扁孔通道2c的尺寸一致。

均匀化及铣皮处理：将镁合金扁锭置入电阻加热炉中41℃的温度环境下进行加热12小时，使其整体温度均匀。均匀化处理后，进行铣皮处理，铣皮的厚度为2mm。

挤压前加热与保温：经均匀化处理和铣皮的镁合金扁锭在电阻加热炉中加热到400℃并保温6小时；将板带模具在工具加热炉中加热到400℃并保温6小时；将扁挤压筒在电阻加热炉中的加热到400℃并保温6小时。

挤压：按挤压的操作规定，将镁合金扁锭通过挤压机送入扁挤压筒的扁孔通道中，并将板带模具放在模架上。启动挤压机，挤压速度为2m/min，得到矩形截面的镁合金板带坯。

根据上述工序，通过采用不同规格的板带模具，可得到宽度为10mm、厚度为1-3mm的AZ31镁合金板带坯。经检验，所得镁合金板带坯的组织均匀细小，各向异性性能优良。

实施例2：

挤压装置对中：将挤压垫1a螺纹连接于挤压杆1上，调整扁挤压筒与挤压杆的位置，使挤压杆1的中心线、扁挤压筒中心线以及板带模具3的中心线处于同一直线上，挤压过程中挤压杆位于扁挤压筒内腔的中心而不至于损伤内腔壁，同时可以使扁锭在向前移动时，不向四周运动，保证挤压过程中扁锭变形均匀。

镁合金扁锭的加工：采用AZ31的镁合金材料，以半连续铸造工艺制备出长100mm、宽165mm、厚90mm的镁合金挤压坯料，将镁合金挤压坯料切头、切尾、铣皮后，利用机加工得到长300mm、宽160mm、厚85mm的挤压用的镁合金板扁锭。该镁合金扁锭的尺寸与扁孔通道2c的尺寸一致。

均匀化及铣皮处理：将镁合金扁锭置入电阻加热炉中的41℃环境下进行加热16小时，使其整体温度均匀。均匀化处理后，进行铣皮处理，铣皮的厚度为3mm。

挤压前加热与保温：经均匀化及铣皮处理的镁合金扁锭在电阻加热炉中加热到420℃并保温6小时；将板带模具在工具加热炉中加热到420℃并保温6小时；将扁挤压筒在电阻加热炉中的加热到420℃并保温6小时。

挤压：按挤压的操作规定，将镁合金扁锭通过挤压机送入扁挤压筒的扁孔通道中，并将板带模具放在模架上。启动挤压机，挤压速度为1.5m/min，得到矩形截面的镁合金板带坯。

根据上述工序，通过采用不同规格的板带模具，可得到宽度为180mm、厚度为1-7mm的AZ31镁合金板带坯，对得到的镁合金板带坯进行检验，该镁合金板带坯的组织均匀细小，各向异性性能优良。

实施例3：

挤压装置对中：将挤压垫1a螺纹连接于挤压杆1上，调整扁挤压筒与挤压杆的位置，使挤压杆1的中心线、扁挤压筒中心线以及板带模具3的中心线处于同一直线上，挤压过程中挤压杆位于扁挤压筒内腔的中心而不至于损伤内腔壁，同时可以使扁锭在向前移动时，不向四周运动，保证挤压过程中扁锭变形均匀。

镁合金扁锭的加工：采用AZ31的镁合金材料，通过半连续铸造工艺制备出长2000mm、宽265mm、厚30mm的镁合金挤压坯料。将镁合金挤压坯料切头、切尾、铣皮后，利用机加工得到长600mm、宽260mm、厚2b5mm的挤压用镁合金扁锭。该镁合金扁锭的尺寸与扁孔通道2c的尺寸一致。

均匀化处理及铣皮：将镁合金扁锭置入电阻加热炉中420℃的温度环境下进行加热24小时，使其整体温度均匀。均匀化处理后，进行铣皮处理，铣皮的厚度为4mm。

挤压前加热与保温：经均匀化处理及铣皮的镁合金扁锭在感应加热炉中420℃的温度环境下保温5分钟；将板带模具在工具加热炉中加热到420℃并保温6小时；将扁挤压筒在电阻加热炉中的加热到420℃并保温6小时。

挤压：测量镁合金扁锭的表面温度和侧面心部温度，温差在5℃以内时，推出扁锭。按挤压机的操作规定，将镁合金扁锭通过挤压机送入扁挤压筒的扁孔通道中，将板带模具按规定要求放在模架上。启动挤压机，挤压速度为2m/min，得到矩形截面的镁合金板带坯。

根据上述工序，通过采用不同规格的板带模具，可得到宽度为160-300mm、厚度为5-16mm的AZ31镁合金板带坯，对得到的镁合金板带坯进行检验，该镁合金板带坯的组织均匀细小，各向异性性能优良。

上述实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明挤压方法的改进，都属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种镁合金板带坯的制备方法，其特征在于有以下步骤：

(1)安装挤压装置的扁挤压筒：调整扁挤压筒与挤压杆的位置，使挤压杆的中心线、扁挤压筒的中心线以及板带模具的中心线位于同一直线上；

(2)扁锭的加工：采用常规的半连续铸或模铸或挤压方法得到初始扁锭，经机加工、铣皮后，进行均匀化处理；

(3)均匀化处理：将从步骤(1)得到的镁合金扁锭在400～420℃下均匀化处理12～24小时；

(4)挤压前扃锭的加热、保温和挤压装置的加热、保温：经均匀化处理后的镁合金扁锭加热至400℃～430℃，保温；同时将扁挤压筒和板带模具加热至400℃～430℃，保温6小时；

(5)将步骤(4)所述的镁合金扁锭送入扁挤压筒的通道中，经过扁孔通道进入板带模具挤压，挤压速度为1.5m/min-5m/min，得到矩形截面的镁合金板带坯。

2.用于制备如权利要求1所述的镁合金板带坯的挤压装置，包括挤压杆、扁挤压筒以及板带模具，扁挤压筒由外套、带内腔的内衬组成，外套和内衬之间为过盈配合，其特征在于：所述扁挤压筒的内腔为扁孔通道，扁孔通道的截面为矩形，所述挤压杆的一端与挤压垫螺纹连接，挤压杆的另一端为台阶柱。

3.根据权利要求2所述的挤压装置，其特征在于：所述扁孔通道的宽度≤内衬的半径，扁孔通道的高度≤内衬的直径的三分之一。

4.根据权利要求2所述的挤压装置，其特征在于：所述扁挤压筒的内腔一端的形状与挤压杆的台阶柱吻合。

5.根据权利要求2所述的挤压装置，其特征在于：挤压杆与挤压垫的长度之和大于扁挤压筒内腔的长度。

6.根据权利要求2所述的挤压装置，其特征在于：所述扁孔通道的高度比挤压垫的高度大1mm，扁孔通道的宽度比挤压垫的宽度大1mm。

7.根据权利要求2所述的挤压装置，其特征在于：所述挤压垫的长度为扁挤压筒长度的1％。

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