CN105107856A - 一种高强度纳米晶az31镁合金管的制备新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法，本发明的特点是可以低成本制备高强度薄壁管材代替厚壁管材使用，通过采用半余弦曲线模具通道拉拔AZ31镁合金管拉拔两次后可实现AZ31镁合金管的剧烈塑性变形，最终累积大变形，获得高强度纳米晶AZ31镁合金管。本发明设计的圆形通道拉拔模具采用双层预应力套圈结构能够大幅度提高余玄曲线通道模具强度，提高模具的使用寿命。采用的锡熔体充实AZ31镁合金管避免了管材在半余弦曲线模具通道拉拔过程的横截面畸变，同时管材在两向应力下材料得到较好细化，使AZ31镁合金管的力学性能得到进一步提高，保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。

Description

一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法

技术领域

本发明涉及一种金属管材的成形领域，特别是通过半余弦通道模具，通过拉拔工艺实现镁合金管材料的纳米化，涉及到一种制备高强度纳米晶AZ31镁合金管的方法及模具。

背景技术

目前，镁合金主要应用于计算机等电子产品、航空航天工业、军工、汽车交通和医疗等应用领域，镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。从20世纪40年代开始，镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。其中镁合金管材具备坚固、耐腐蚀的特性，具有较高的力学性能、优良的冲压性能，能够适应海水腐蚀以及生物医用。镁合金管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀性能。镁合金在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢、镍基合金还高。镁合金耐水冲击性能也较强。因此，镁合金管在航空航天领域和海事领域中得到了重要的应用。采用挤压技术可制备小口径厚壁管材，该方法采用棒料铸造-棒料加热及热挤压-轧制及拉伸成形，工序复杂，而且能耗高。采用焊接方法可制备大口径厚壁管材，该方法高效节能，减少工序，但是焊接工艺本身存在焊缝区与热影响区，而航空航天领域和海事领域对安全要求极高，因此，目前镁合金管的成形技术制约了镁合金管在航空航天领域和海事领域的进一步应用。

发明专利号为201010142229.0的发明采用稀土添加产生Al-RE化合物，强化了镁合金管材的力学性能，没有从管材的制造方法进行阐述，发明专利号为201410558770.8的发明通过利用冷发泡硬质聚氨酯工艺填充入镁合金管件的内腔，在镁合金管件的外壁包裹一层膜状树脂，从而提高镁合金管件的碰撞吸能能力，该专利是从管道的保护角度入手提高镁合金管的防护能力。上述发明一定程度提高了镁合金管的寿命，但是获得的镁合金管的材料达不到纳米化，提高镁合金管力学性能有限。发明专利号为20110347299.4和201110374700.3的发明提出了一种用于管材的等通道变截面挤压和拉拔的方法，通过由圆-椭圆-圆及椭圆扭转变化，可使材料累积变形，可提高材料的强度，改善管材性能，但是采用该方法改变了模具通道的横截面，获得的管件不能较好的保持管道的原有截面几何形状。

本发明提出了一种半余弦曲线通道模具拉拔方法，采用该方法理论上可获得无限长尺寸的高强度纳米晶镁合金管，同时由于是一种等横截面通道变形可保持管道的原有截面几何形状，既能满足制备薄壁管的低加工成本，又能获得高强度管材，部分替代厚壁管的使用。因此，本发明提出了一种改善镁合金管力学性能的半余弦曲线通道模具拉拔法获得纳米晶高强度AZ31镁合金管。

发明内容

本发明的目的是：为克服薄壁AZ31镁合金管的强度问题，提供一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法，提供一种通过半余弦曲线通道模具拉拔法，可以低成本获得较长尺寸高强度纳米晶AZ31镁合金管。

本发明提出的一种半余弦曲线通道模具拉拔法制备长尺寸AZ31镁合金管纳米晶AZ31镁合金管的方法包括以下步骤：

步骤一，管坯准备：将即将拉拔的管坯分为二部分，第一部分是管材拉拔端部分：该部分通过焊合密封，同时在端口部设置AZ31镁合金绳卡头；第二部分是管材主要拉拔部分：该部分将获得大应变，组织达到纳米化，最终获得优良的力学性能；向一端密封的AZ31镁合金管注入锡熔体进行冷却，通过该方法可以获得实心的AZ31镁合金管，避免在步骤二的变形中产生管材的横截面畸变。

步骤二，拉拔准备：将管坯进行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的管坯的第一部分的AZ31镁合金绳卡头与拉拔装置的AZ31镁合金丝拉绳连接，然后在AZ31镁合金丝绳牵引下把管坯放入半余弦曲线通道模具。

步骤三，拉拔变形：拉拔装置以5mm/s-20mm/s的牵引速度将管坯通过半余弦曲线通道模具拉拔，拉拔后重复上一次的拉拔变形一次，通过两次拉拔可以累积足够的应变，从而获得高强度纳米晶AZ31镁合金管。

步骤四，获得管材：将获得高强度纳米晶AZ31镁合金管拉拔端部分向上垂直放置在加热槽中焙烧至230°一小时，锡金属填充材料受热全部熔化流出，流出的锡料可以反复使用，同时AZ31镁合金管进行了去应力退火，获得力学性能优良的高强度纳米晶AZ31镁合金管。

本发明实现AZ31镁合金管拉拔变形的半余弦曲线通道模具，包括圆形通道凹模、第一层预应力压套、第二层预应力压套，及相应的附属部件钢丝绳卡头和钢丝绳。

本发明的有益效果是：采用此种方案，通过半余弦曲线通道模具拉拔两次变形方法拉拔AZ31镁合金管，同时内部填充锡金属材料，对AZ31镁合金管内壁施加压应力能保证AZ31镁合金管在拉拔过程中横截面的形状及尺寸不改变，该方法可以实现AZ31镁合金管的微观组织纳米化，从而获得性能优良的高强度纳米晶AZ31镁合金管。在半余弦曲线通道模具基础上实现了AZ31镁合金管的连续拉拔变形，既实现了管壁金属的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了薄壁AZ31镁合金管的应用范围。

附图说明

下面是结合附图和实施例对本发明的具体实施方案进行详细地说明。

图1为本发明加工工艺简略示意图；

图2为本发明半余弦曲线通道模具拉拔工艺装置图；

图3获得的拉拔试样透射电镜微观照片；

图4为拉拔管材试样的应力-应变曲线。

上述图中的标记为：

图1为本发明加工工艺简略示意图的1.圆形通道凹模，2.挤压件管坯；

图2为本发明半余弦曲线通道模具拉拔工艺装置图的1.圆形通道凹模，2.挤压件管坯，3.第一层凹模预应力套圈，4.第二层凹模预应力套圈，5.卡头，6.钢丝绳，7.预应力模具底座。

具体实施方式

实施例、一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法

将即将拉拔的管坯拔端部分焊合密封，同时在端口部设置钢绳卡头；向一端密封的AZ31镁合金管注入锡熔体进行冷却，通过该方法可以获得实心的AZ31镁合金管。将管坯进行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的管坯的第一部分的钢丝绳卡头与拉拔装置的钢丝绳连接，然后在钢丝绳牵引下把管坯放入半余弦曲线通道模具。拉拔装置以10mm/s的牵引速度将管坯通过半余弦曲线通道模具拉拔，拉拔后再重复上一次的拉拔变形一次，然后将获得高强度纳米晶AZ31镁合金管拉拔端部分向上垂直放置在加热槽中焙烧至230°后保温一小时，锡金属填充材料受热全部熔化流出，同时也相应对AZ31镁合金管进行了去应力退火工艺，获得力学性能优良的高强度纳米晶AZ31镁合金管。

从图3所示的纳米晶AZ31镁合金拉拔管材试样透射电镜微观照片可以看出AZ31镁合金管的平均晶粒组织是小于900m的纳米材料。从图4所示的纳米晶铜拉拔管材试样拉伸真应力-应变曲线，可以看出，强度较传统试样提高141%，根据Hall-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏观力学性能越高。

因此，获得的纳米晶AZ31镁合金拉拔管材试样的平均晶粒组织是小于900nm的纳米材料，其强度较传统试样提高141%。

本发明提供的一种高强度纳米晶AZ31镁合金管可采用简单的线材拉拔加工设备，获得的材料有高的硬度和强度，同时保持较好的韧性。因此，本发明材料具有潜在的应用价值，特别在航空、航天和核电领域方面具有很好的优势。

本发明所采用的半余弦曲线通道模具结构，均可采用现有技术，本发明并不局限于上述所列举的具体实施形式，凡本领域技术人员不经过创造性劳动所能得到的改进，均属于本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法，通过半余弦曲线通道模具拉拔两次变形方法拉拔AZ31镁合金管，同时内部填充锡金属材料，对AZ31镁合金管内壁施加压应力能保证AZ31镁合金管在拉拔过程中横截面的形状及尺寸不改变，该方法可以实现AZ31镁合金管的微观组织纳米化，从而获得性能优良的高强度纳米晶AZ31镁合金管。

2.根据权利要求1所述的一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法，其特征是：通过向一端密封的AZ31镁合金管注入锡熔体并进行冷却的方法可以获得实心的AZ31镁合金管，即可避免在拉拔过程中因通过半余弦曲线通道的剧烈塑性变形产生管材的横截面畸变，在半余弦曲线通道模具基础上实现了AZ31镁合金管的连续拉拔变形。

3.根据权利要求1所述的一种高强度纳米晶AZ31镁合金管的制备新方法，其特征是：获得的纳米晶AZ31镁合金拉拔管材试样的平均晶粒组织是小于900nm的纳米材料，其强度较传统试样提高141%。