CN103894435B - 制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种制备超细晶粒镁合金的方法，属于有色金属塑性加工技术领域,所述超细晶粒镁合金包括超细晶粒镁合金管和超细晶粒镁合金块，它包括制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置，其特征是制备超细晶粒镁合金管的步骤包括：固定往复挤压模具——预热镁合金坯料——设备加热——置放镁合金坯料——往复挤压变形-——静置——超细晶粒镁合金出品。本发明能实现制备超细晶粒镁合金管材或超细晶粒镁合金块，生产效率更高，应用范围更广泛。

Description

制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法

技术领域

本发明属于机械领域，主要用于有色金属塑性加工，具体涉及的是一种用于制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、减震性好、电磁屏蔽性好、易切削加工以及易回收等优点，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”，已在航空航天、汽车、电子、体育器材与仪器仪表等领域得到一定程度的应用。然而，镁合金自身结构特点决定了其具有强度低、硬度低、塑性差与耐腐蚀性差等缺点，致使其应用领域远不如传统钢铁与铝合金材料广泛。因此，开发高性能镁合金材料才能进一步扩展其使用范围与应用领域。

剧烈塑性变形技术（简称SPD），具有强烈的晶粒细化能力，可以将金属材料的晶粒组织细化至亚微米甚至纳米级。目前常见的剧烈塑性变形技术有等通道转角挤压（ECAE）、高压扭转（HPT）、累积叠轧（ARB）、往复挤压（CEC）等。这些方法各有特点，例如等通道转角挤压是一种实用有效的晶粒细化方法，其在挤压过程中保持试样形状不变，可反复变形产生大的应变，但单次挤压变形量较小，单次挤压可获得的最大应变近似为1；高压扭转可获得大变形量的薄片状试样，但存在着组织不均匀的问题，其应用受到很大限制；累积叠轧可细化材料晶粒提高其强度，但不足是导致材料塑性降低；往复挤压能够制备大体积均匀超细晶粒材料，但现有往复挤压技术仅能制备超细晶粒块体，这限制了其应用范围。总之，很多剧烈塑性变形方法存在诸多技术问题和不足。

另外，中国发明专利公开号103240292A，发明名称：一种镁合金薄壁管材的生产方法及装置，该技术的特点在于利用连续挤墩制备超细晶粒镁合金块体材料，然后将挤墩模更换为管材挤压模，再将超细晶粒块体挤压成管材。但是，该技术在更换管材挤压模时，需要打开模具、取出试样、更换模具、重新放入试样、模具再次加热等较为繁琐的步骤，一方面影响了生产效率，另一方面试样再次进行加热易出现晶粒长大现象，影响了晶粒细化效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法。在筒形挤压模具内、在加热状态下，对镁合金进行往复挤压塑性变形，通过往复式连续挤压，从而以较高工作效率制备超细晶粒镁合金管材或超细晶粒镁合金块。制备的超细晶粒镁合金管材的平均晶粒尺寸可达600nm。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种超细晶粒镁合金的往复挤压装置，包括：挤压筒模具、挤压杆、固定挤压杆、挤压环。其中挤压筒模具中间设有缩颈区，缩颈区将挤压筒模具分为左模腔和右模腔，挤压杆置于右模腔内，挤压环设置在固定挤压杆外围并置于左模腔内。

所述挤压筒模具外围设置有加热套，挤压筒模具固定设置在左固定支架和右固定支架上，左固定支架、右固定支架均固定在液压挤压机工作台上。

所述固定挤压杆与挤压杆截面均为圆形，且固定挤压杆的直径小于挤压杆直径，固定挤压杆和挤压杆分别与左、右液压伸缩腔相连接。

所述挤压环截面为圆环形，内径大于固定挤压杆直径，外径与挤压杆直径相等，与左液压伸缩腔相连接。

所述左、右液压伸缩腔分别设置有左、右挤压调控器。

所述缩颈区为圆环状，外径小于挤压筒模具内径，截面为梯形且各个角为光滑倒圆角。

本发明涉及上述超细晶粒镁合金往复挤压装置的加工方法，在卧式挤压机上进行，是在挤压筒模具内、在加热、挤压杆与挤压环的作用下完成的，其具体步骤包括：

（1）固定往复挤压模具

将模具左、右固定支架固定在液压挤压机的工作台上，将往复挤压筒模具固定在模具固定支架内，并置于加热套内，挤压杆、挤压环、固定挤压杆与液压伸缩腔相连接。

（2）预热镁合金坯料

将镁合金坯料置于加热炉中进行预热，当达到预设温度350℃时保温1小时。（3）设备加热

开启加热套，加热挤压筒模具、挤压杆、挤压环与固定挤压杆，当达到预设温度350℃时保温30分钟。

（4）置放镁合金坯料并固定

将预热后的镁合金坯料置于挤压筒模具内，将固定挤压、挤压环与挤压杆伸入挤压筒模具的左、右模腔，并接触镁合金。

（5）开启挤压杆与挤压环

所述镁合金坯料为镁合金管时，镁合金坯料放置在左模腔，镁合金坯料在挤压环为主压的作用下从左模腔通过缩颈区进入右模腔，利用挤压杆对镁合金坯料施加背压，镁合金坯料逐渐变形为圆柱形镁合金块，当挤压环行至缩颈区时，完成一道次往复挤压变形；此时，挤压调控器自动变换，主压与背压发生变换，镁合金块在挤压杆为主压的作用下从右模腔通过缩颈区进入左模腔，利用挤压环对镁合金坯料施加背压，镁合金块逐渐变形为圆形镁合金管，当挤压杆行至缩颈区时，完成二道次往复挤压变形。

所述镁合金坯料为镁合金块时，镁合金坯料放置在右模腔，镁合金坯料在挤压杆为主压的作用下从右模腔通过缩颈区进入左模腔，利用挤压环对镁合金坯料施加背压，镁合金坯料逐渐变形为圆形镁合金管，当挤压杆行至缩颈区时，完成一道次往复挤压变形；此时，挤压调控器自动变换，主压与背压发生变换，镁合金管在挤压环为主压的作用下从左模腔通过缩颈区进入右模腔，利用挤压杆对镁合金坯料施加背压，镁合金管逐渐变形为圆柱形镁合金块，当挤压环行至缩颈区时，完成二道次往复挤压变形。

（6）循环一道次往复挤压变形——二道次往复挤压变形若干次，实现镁合金的往复连续挤压加工。

（7）完成往复挤压变形后，关闭左挤压调控器、右挤压调控器，关闭加热套，使镁合金在挤压筒模具内静置两分钟。

（8）退出挤压杆、固定挤压杆与挤压环，取出往复挤压后的镁合金，在空气中冷却至室温。

本发明中主压与背压之间的关系是主压压强比背压压强大600MPa～1000MPa。

有益效果

本发明专利与背景技术相比具有明显的先进性，通过进行往复式连续挤压，本发明能实现制备超细晶粒镁合金管材或超细晶粒镁合金块，生产效率更高，应用范围更广泛。所生产的镁合金晶粒细化充分，强度大幅提高。制备的超细晶粒镁合金管材的平均晶粒尺寸可达600nm。而且模具结构简单，挤压筒模具型腔形状与缩颈区可根据生产需要与材料的性能进行调整，模具加热方便，温度容易控制，工艺参数易于调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1为本发明中镁合金往复挤压装置的结构示意图。

图2为挤压通道的剖面示意图。

图3为图2中A-A向的剖面示意图。

图4为图2中B-B向的剖面示意图。

图5为图2中C-C向的剖面示意图。

图中：1.挤压杆，2.挤压环，3.固定挤压杆，4.加热套，5.挤压筒模具，6.缩颈区，7.左模腔，8.右模腔，9.镁合金坯料，10.左液压伸缩腔，11.右液压伸缩腔，12.左固定支架，13.右固定支架，14.固定螺栓，15.左挤压调控器，16.右挤压调控器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置包括：1.挤压杆，2.挤压环，3.固定挤压杆，4.加热套，5.挤压筒模具，6.缩颈区，其中：加热套4设置在挤压筒模具5外围，挤压筒模具5通过固定螺栓14与左、右固定支架12、13连接固定，左、右固定支架12、13固定在液压机工作台上。挤压环2设置在固定挤压杆3外围，并与挤压杆1分别置于左、右膜腔7、8内。挤压环2、固定挤压杆3与挤压杆1分别与左、右液压伸缩腔10、11相连接。

如图2、3、4、5所示，所述缩颈区6将挤压筒模具5分为左、右模腔7、8。缩颈区6为圆环状，内径小于挤压筒模具5内径，截面为梯形且各个角为光滑倒圆角。所述固定挤压杆3与挤压杆1截面均为圆形。挤压环2截面为圆环形，外径与挤压杆1直径相等。

在往复挤压变形时，通道内部涂抹润滑剂，通过左、右挤压调控器15、16改变挤压环、挤压杆2、1的压力值，使主压与背压发生变换，从而实现往复挤压运动。

本发明的超细晶粒镁合金往复挤压装置的加工方法，按以下步骤进行：

第一步，将模具左、右固定支架12、13固定在液压挤压机的工作台上，将往复挤压筒模具5固定在模具固定支架12、13上，并置于加热套4内，挤压环2、挤压杆1与左、右液压伸缩腔10、11相连接。

第二步，将镁合金坯料9置于加热炉中进行预热，当达到预设温度350℃时保温1小时。

第三步，开启加热套4，加热挤压筒模具5、挤压杆1、挤压环2与固定挤压杆3，当达到预设温度350℃时保温30分钟。

第四步，将预热后的镁合金坯料9置于挤压筒模具5内，将挤压环2、固定挤压杆3与挤压杆1伸入挤压筒模具5的左、右模腔7、8内，并接触镁合金坯料9。

第五步，开启挤压杆与挤压环

所述镁合金坯料9为镁合金管时，镁合金坯料9放置在左模腔7，镁合金坯料9在挤压环2为主压的作用下从左模腔7通过缩颈区6进入右模腔8，利用挤压杆1对镁合金坯料9施加背压，镁合金坯料9逐渐变形为圆柱形镁合金块，当挤压环2行至缩颈区6时，完成一道次往复挤压变形；此时，左、右挤压调控器15、16自动变换，主压与背压发生变换，镁合金块在挤压杆1为主压的作用下从右模腔8通过缩颈区6进入左模腔7，利用挤压环2对镁合金坯料施加背压，镁合金块逐渐变形为圆形镁合金管，当挤压杆1行至缩颈区6时，完成二道次往复挤压变形。

所述镁合金坯料9为镁合金块时，镁合金坯料9放置在右模腔8，镁合金坯料9在挤压杆1为主压的作用下从右模腔8通过缩颈区6进入左模腔7，利用挤压环2对镁合金坯料9施加背压，镁合金坯料9逐渐变形为圆形镁合金管，当挤压杆1行至缩颈区6时，完成一道次往复挤压变形；此时，左、右挤压调控器15、16自动变换，主压与背压发生变换，镁合金管在挤压环2为主压的作用下从左模腔7通过缩颈区6进入右模腔8，利用挤压杆1对镁合金坯料施加背压，镁合金管逐渐变形为圆柱形镁合金块，当挤压环2行至缩颈区6时，完成二道次往复挤压变形。

第六步，循环一道次往复挤压变形——二道次往复挤压变形若干次，实现镁合金9的往复挤压加工。

第七步，完成往复挤压变形后，关闭左、右挤压调控器15、16，关闭加热套4，使镁合金9在挤压筒模具5内静置两分钟。

第八步，退出挤压杆1、挤压环2与固定挤压杆3，取出往复挤压后的镁合金9，在空气中冷却至室温。

实施例一：

将长度为40mm的镁合金棒材加工成比挤压筒模具5内径小0.1mm、比固定挤压杆3直径大0.1mm的圆形管材坯料9，并清除表面油污。把此镁合金管材坯料9放入350℃加热炉内，保温1小时。开启加热套4，加热挤压模具，当达到350℃时保温30分钟。将镁合金管材坯料9放置在挤压筒模具5的左模腔7内，将挤压环2、固定挤压杆3与挤压杆1伸入挤压筒模具5的左、右模腔7、8内，并接触镁合金管材坯料9。开启液压挤压机，挤压环2的挤压压强为900MPa，挤压杆1的挤压压强为200MPa，挤压环2以3mm/s的速度把镁合金管材坯料9由挤压筒模具5的左模腔7挤入右模腔8。当挤压环2行至与缩颈区6接触时，完成一道次往复挤压变形。此时，左、右挤压调控器15、16自动变换，主压与背压发生变换，挤压环2的挤压压强为200MPa，挤压杆1的挤压压强为900MPa，镁合金坯料在挤压杆1为主压的作用下通过缩颈区6进入左模腔7，完成二道次往复挤压变形。周而复始，直至完成一道次往复挤压变形——二道次往复挤压变形六次。关闭左、右挤压调控器15、16，关闭加热套4，使坯料9在挤压筒模具5内静置两分钟。退出挤压杆1、挤压环2与固定挤压杆3，取出往复挤压后的镁合金管。得到组织均匀、强度较高的超细晶粒镁合金管材，平均晶粒尺寸可达600nm。

Claims (8)

1.一种制备超细晶粒镁合金的方法，所述超细晶粒镁合金包括超细晶粒镁合金管和超细晶粒镁合金块，它包括制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置，其特征是制备超细晶粒镁合金管的步骤包括：固定往复挤压模具——预热镁合金坯料——设备加热——置放镁合金坯料——往复挤压变形-——静置——超细晶粒镁合金出品；

所述固定往复挤压模具：即将模具左固定支架、右固定支架固定在液压挤压机的工作台上，将往复挤压筒模具固定在模具固定支架内，并置于加热套内，挤压环、固定挤压杆与左液压伸缩腔相连，挤压杆与右液压伸缩腔相连接；

所述预热镁合金坯料：即将镁合金坯料置于加热炉中进行预热，当达到预设温度350℃时保温1小时；

所述设备加热：即开启加热套，加热挤压筒模具、挤压杆、挤压环和固定挤压杆，当达到预设温度350℃时保温30分钟；

所述置放镁合金坯料：即将预热后的镁合金坯料置于挤压筒模具内，将挤压环、固定挤压杆与挤压杆伸入挤压筒模具的左模腔、右模腔，并接触镁合金坯料；

所述往复挤压变形：即镁合金坯料在挤压环的作用下从左模腔通过缩颈区进入右模腔成为镁合金块，在挤压杆作用下从右模腔通过缩颈区进入左模腔成为镁合金管，由此进行往复循环，挤压变形成为超细晶粒镁合金；

所述静置，即完成往复挤压变形后，关闭左挤压调控器、右挤压调控器，关闭加热套，使超细晶粒镁合金在挤压筒模具内静置两分钟；

所述出品；即退出挤压杆、挤压环与固定挤压杆，从挤压筒模具内取出静置后的超细晶粒镁合金，在空气中冷却至室温；

所述镁合金坯料为镁合金管时，镁合金坯料放置在左模腔，镁合金坯料在挤压环为主压的作用下从左模腔通过缩颈区进入右模腔，利用挤压杆对镁合金坯料施加背压，镁合金坯料逐渐变形为圆柱形镁合金块，当挤压环行至缩颈区时，完成一道次往复挤压变形；此时，挤压调控器自动变换，主压与背压发生变换，镁合金块在挤压杆为主压的作用下从右模腔通过缩颈区进入左模腔，利用挤压环对镁合金坯料施加背压，镁合金块逐渐变形为圆形镁合金管，当挤压杆行至缩颈区时，完成二道次往复挤压变形。

2.根据权利要求1所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述镁合金坯料为镁合金块时，镁合金坯料放置在右模腔，镁合金坯料在挤压杆为主压的作用下从右模腔通过缩颈区进入左模腔，利用挤压环对镁合金坯料施加背压，镁合金坯料逐渐变形为圆形镁合金管，当挤压杆行至缩颈区时，完成一道次往复挤压变形；此时，挤压调控器自动变换，主压与背压发生变换，镁合金管在挤压环为主压的作用下从左模腔通过缩颈区进入右模腔，利用挤压杆对镁合金坯料施加背压，镁合金管逐渐变形为圆柱形镁合金块，当挤压环行至缩颈区时，完成二道次往复挤压变形。

3.根据权利要求1所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述超细晶粒镁合金管从挤压筒模具的左模腔内取出；所述超细晶粒镁合金块从挤压筒模具的右模腔内取出。

4.根据权利要求1所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置包括：挤压筒模具、挤压杆、固定挤压杆、挤压环，其中挤压筒模具中间设有缩颈区，缩颈区将挤压筒模具分为左模腔和右模腔，挤压杆置于右模腔内，挤压环设置在固定挤压杆外围并置于左模腔内。

5.根据权利要求4所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述挤压筒模具外围设置有加热套，挤压筒模具固定设置在左固定支架和右固定支架上，左固定支架、右固定支架均固定在液压挤压机工作台上。

6.根据权利要求1或4所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述固定挤压杆与挤压杆截面均为圆形，且固定挤压杆的直径小于挤压杆直径，固定挤压杆和挤压杆分别与左液压伸缩腔、右液压伸缩腔相连接。

7.根据权利要求1或4所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述挤压环截面为圆环形，挤压环内径大于固定挤压杆直径，挤压环外径与挤压杆直径相等，挤压环与左液压伸缩腔相连接；

所述左液压伸缩腔、右液压伸缩腔分别设置有左挤压调控器、右挤压调控器；所述缩颈区为圆环状，外径小于挤压筒模具内径，截面为梯形且各个角为光滑倒圆角。

8.根据权利要求1所述的一种制备超细晶粒镁合金的方法，其特征是所述主压与背压之间的关系是主压压强比背压压强大600MPa～1000MPa。