CN103128255A - 一种用于制备镁合金半固态坯料的模具及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制备镁合金半固态坯料的模具，其特征在于：包括凸模和凹模，所述凹模内设模膛可用于盛装合金液，凸模下行可促使合金液加压凝固，并可用于合金挤压。本发明所述模具具有铸挤结合的功能，可实现镁合金浇注、凝固、挤压三道工序的依次、连续完成，使合金液的预变形坯料转化率接近100%，且结构简单，制备镁合金半固态坯料的方法自动化程度高，可提高生产效率及稳定性，最终获得品质优良的镁合金半固态坯料。

Description

一种用于制备镁合金半固态坯料的模具及方法

技术领域

本发明涉及一种用于制备镁合金半固态坯料的模具及方法。

背景技术

镁合金由于具有轻质、耐冲击、抗震、比强度高、电磁屏蔽能力强、切削性能优良等诸多特性而成为当今材料领域研究的热点。随着材料加工技术的发展，特别是半固态金属加工技术的推广，镁合金在航空航天、武器装备、汽车、3C产品等领域得到日益广泛的应用。 

镁合金半固态成形工艺包括流变成形、注射成形和触变成形，其中触变成形包括非枝晶坯料的制备、坯料重熔及触变成形等工序。如何获取半固态镁合金坯料以及坯料的品质优劣是触变成形工艺的关键。

常用的制备镁合金半固态坯料的方法有电磁搅拌法、机械搅拌法和应变诱发熔体激活法（下文简称SIMA法）。目前成功应用于生产的仅电磁搅拌法，但它耗能大，适用范围较小；SIMA法应用范围广，工业潜力巨大，但工艺繁琐，设备和人力投入大，晶粒球化效果差且不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一套结构简单的用于制备镁合金半固态坯料的模具。

本发明的另一个目的在于提供一种上述模具用于制备镁合金半固态坯料的方法。

本发明的目的是这样实现的，一套用于制备镁合金半固态坯料的模具，其特征在于：包括凸模和凹模且均由耐热、抗氧化的模具钢制成，所述凹模内设模膛，所述模膛下端为出料口，所述出料口配有出料口塞。

为避免死角方便挤压，上述模膛上部为圆柱形，下部为锥形；上述凸模最大下行行程略小于所述模膛的直壁高度且通过凸模固定板予以限制。

上述用于制备镁合金半固态坯料的模具还包括加热装置和测温装置，所述加热装置设置在上述凹模外围，所述测温装置设置在所述模膛的直壁下端。

为准确控制镁合金液凝固压力，改善合金质量，上述用于制备镁合金半固态坯料的模具还包括测压装置，所述测压装置设置在凸模的下表面中心。

本发明的另一个目的是这样实现的，上述模具用于制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于：将熔化的镁合金浇注入凹模模膛，下行凸模加压至凝固结束，待降温后挤压合金至最大行程，随后上行凸模，向模膛内添加石墨预制块并继续挤压，直至凝固的镁合金被完全顶出。

上述模具用于制备镁合金半固态坯料的具体方法，包括以下步骤：

第一步，熔化镁合金，将所述出料口塞安装到位，预热模具并喷刷涂料；

第二步，将熔化的镁合金浇注入凹模模膛，随即压下凸模对合金液施压，保压直至凝固结束；

第三步，使凝固后镁合金自然降温并最终控温至再结晶温度以下40~50℃，然后卸下出料口塞，下行凸模挤压镁合金至最大行程；

第四步，上行凸模，向模膛添加与凸模等截面的石墨预制块并继续挤压，直至石墨将凝固后镁合金完全顶出。石墨预制块体积应略大于模膛锥形部分与出料口体积之和，挤压过程中石墨预制块将逐步破碎，并迫使镁合金完全排出；

第五步，将挤压出的镁合金棒状坯料冷变形后定量分割，进行二次加热并保温，即得到具有触变性能且为细小、球晶结构的镁合金半固态坯料。

上述第五步中，所述二次加热在氩气保护下的电阻炉中进行，待温度升至固液两相区时放入坯料，进行快速升温并保温。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明模具具有铸挤结合的功能，可实现镁合金浇注、凝固、挤压三道工序的连续完成，简化了传统SIMA法熔体凝固后需先出模冷却再回炉加热保温，而后才能开始挤压的繁琐工序，减少了坯料出模、堆放、入炉等的设备和人力投入；

2、本发明模具用于制备镁合金半固态坯料的方法中利用凝固阶段合金自身的余热作为挤压前热源，并使用自身加热及测温装置对模具进行预热并测量、控制温度，省去了另设加热炉预热、加热、保温的工序，大幅度降低了能耗；

3、本发明通过凸模对镁合金液进行加压凝固可以保证其内、外层所受压力一致，同时进入过冷状态并同时形核，最终得到细小、枝晶不发达的组织；而加压的同时凸模可使镁合金液与空气隔绝，从而防止氧化、过烧；挤压温度选在再结晶温度以下40~50℃，而非传统SIMA法的再结晶温度以上，避免了温度超过再结晶温度后晶粒迅速长大现象的发生，有利于获得细晶粒组织；

4、本发明通过挤压石墨预制块排出全部坯料，可实现从镁合金液到预变形坯料的近乎100%的转化，避免了排坯难的问题且大幅度减少了浪费，同时所用石墨块破碎后可回收，不会造成环境污染；

5、本发明适用于多种镁合金材料，只需根据合金成分调整过程参数，即可稳定获得均匀、细小、球晶的镁合金半固态组织；

6、本发明模具结构简单，制备镁合金半固态坯料的方法自动化程度高，不仅可提高生产效率，而且能改善坯料的品质及稳定性。

附图说明

图1为本发明制备镁合金半固态坯料的模具的结构示意图；

图2为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中熔炼浇注示意图；

图3为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中加压凝固示意图；

图4为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中挤压示意图；

图5为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中添加石墨块示意图；

图6为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中挤出坯料示意图；

图7为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中坯料分割示意图；

图8为本发明制备镁合金半固态坯料的方法中坯料二次加热示意图。

具体实施方式

实施例，一种用于制备镁合金半固态坯料的模具，包括凸模1、凹模2，凹模2上设有模膛3，模膛3的下端为出料口，出料口配有出料口塞5，凸模1顶部为上模板6及垫板7，凹模2底部为下模板11；模膛3上部为圆柱形，下部为锥形；凸模1的最大行程略小于模膛3的直壁高度，凸模1上设凸模固定板8可限制凸模1的最大行程；凹模2外围设加热装置4，测温装置10设置在模膛3的直壁下端；测压装置9设置在凸模1的下表面中心。

该模具用于制备镁合金半固态坯料的方法包括以下步骤：

（本实施例中所用镁合金为AZ91D镁合金）

第一步：熔化AZ91D镁合金并精炼、除渣，通过加热装置对模具进行预热并喷刷涂料，熔化温度为760℃，模具预热温度为250℃，所述涂料为氧化锌、水玻璃混合水溶液，精炼剂为RJ2；

第二步：将熔化的AZ91D合金液于730℃浇注入模膛，随即压下凸模，通过测压装置监测并控制压力为350MPa，随后保持压力至凝固结束，保压时间不小于10min；

第三步：保压结束后使合金自然降温，通过测温装置和加热装置控制合金温度至300℃±5℃，随后卸下出料口塞，下行凸模挤压合金至最大行程；

第四步：上行凸模，向模膛添加与凸模等截面的石墨预制块并继续挤压，直至石墨将合金坯料完全顶出；

第五步：将获得的AZ91D镁合金预变形坯料适当冷变形后定量分割，放入已升温至570℃±5℃并有氩气保护的电阻炉中进行二次加热并保温15min（坯料升温速度约3~5℃/s），即得到具有触变性能且为细小、球晶结构的AZ91D镁合金半固态坯料。

Claims (7)

1.一种用于制备镁合金半固态坯料的模具，其特征在于：包括凸模（1）和凹模（2）且均由耐热、抗氧化的模具钢制成，所述凹模（2）内设模膛（3），所述模膛（3）下端为出料口，所述出料口配有出料口塞（5）。

2.如权利要求1所述的用于制备镁合金半固态坯料的模具，其特征在于：所述模膛（3）上部为圆柱形，下部为锥形；所述凸模（1）最大下行行程略小于所述模膛（3）的直壁高度且通过凸模固定板（8）予以限制。

3.如权利要求1或2所述的用于制备镁合金半固态坯料的模具，其特征在于：包括加热装置（4）和测温装置（10），所述加热装置（4）设置在所述凹模（2）外围，所述测温装置（10）设置在所述模膛（3）的直壁下端。

4.如权利要求3所述的用于制备镁合金半固态坯料的模具，其特征在于：包括测压装置（9），所述测压装置（9）设置在所述凸模（1）的下表面中心。

5.如权利要求1～4任一项所述模具用于制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于：将熔化的镁合金浇注入所述凹模（2）的模膛（3）内，下行所述凸模（1）加压至合金液凝固结束，待降温后挤压合金至最大行程，随后上行凸模（1），向模膛（3）内添加石墨预制块继续挤压，直至凝固后镁合金被完全从模膛（3）的出料口顶出。

6.如权利要求5所述模具用于制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，熔炼镁合金，将所述出料口塞（5）安装到位，开加热装置（4）预热模具并喷刷涂料；

第二步，将熔化的镁合金浇注入所述模膛（3）内，随即压下凸模（1）对镁合金液施压，通过测压装置（9）监测压力值并保压，直至凝固结束；

第三步，使凝固后镁合金自然降温，通过测温装置（10）和加热装置（4）控制合金温度至再结晶温度以下40~50℃，然后卸下出料口塞（5），下行凸模（1）挤压所述凝固后镁合金至最大行程；

第四步，上行凸模（1），向模膛（3）添加与凸模（1）等截面的石墨预制块后继续挤压直至将所述凝固后镁合金完全顶出；

第五步，将挤压出的镁合金棒状坯料冷变形后定量分割，进行二次加热并保温，即得到具有触变性能且为细小、球晶结构的镁合金半固态坯料。

7.如权利要求6所述模具用于制备镁合金半固态坯料的具体方法，其特征在于：第五步中，所述二次加热在氩气保护下的电阻炉中进行，待温度升至固液两相区时放入坯料，进行快速升温并保温。

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