CN105463353B - 一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，为解决现有镁合金板的金相组织有分层现象，且晶粒粗、晶粒分布不均匀的问题。方法：一、镁板固定于工作台上，调整搅拌头的轴线与镁板的中心正对；二、搅拌针的长度是镁板厚度的0.9倍～0.95倍；三、搅拌头边移动、边转动下压镁板，下压后停留1s～10s，直至轴肩周围镁合金结合在搅拌头上，开始形成圆柱形块体；四、搅拌头边向前行进、边向上抬升，随搅拌头抬升，圆柱形块体高度增加，形成的圆柱形块体也逐渐增大，直至搅拌头脱离镁板的上端面，这时形成的圆柱形块体为大状圆柱形块体；五、机加工将大状圆柱形块体与搅拌头分离，获得细晶镁合金块体。本发明用于制备细晶镁合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种细晶镁合金块体的制备方法，具体涉及一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法。
背景技术
镁合金具有密度低、性能好等特点广泛用于机械和汽车行业的轻量化。然而镁合金由于其密排六方结构和滑移系少的特点，其塑性变形能力较差。根据Hall-Petch(晶粒细化)公式，镁合金强度和塑性均有所提高，实现强韧化。因此镁合金的晶粒细化是当前镁合金实用化的研究热点。本发明提出的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法源于搅拌摩擦处理技术。现有镁合金板的金相组织有分层现象，且晶粒粗、晶粒分布不均匀。
发明内容
本发明为解决现有镁合金板的金相组织有分层现象，且晶粒粗、晶粒分布不均匀的问题，提供了一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法。
本发明的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、镁板固定于工作台上，调整搅拌头的轴线与镁板的中心正对；
步骤二、搅拌头的尺寸选取：搅拌针的长度是镁板厚度的0.9倍～0.95倍；
步骤三、搅拌头以0.5mm/min～10mm/min移动速度、100r/min～3000r/min转速下压镁板，至搅拌头轴肩与镁板接触后继续下压，下压量为0.25mm～0.5mm，下压后停留1s～10s，直至轴肩周围镁合金结合在搅拌头上，开始形成圆柱形块体；
步骤四、搅拌头边向前行进、边向上抬升，搅拌头的行进速度为5mm/min～200mm/min，搅拌头的抬升速度为1mm/min～5mm/min，随搅拌头抬升，圆柱形块体高度增加，形成的圆柱形块体也逐渐增大，直至搅拌头脱离镁板的上端面，这时形成的圆柱形块体为大状圆柱形块体；
步骤五、通过机加工的方式将大状圆柱形块体与搅拌头分离，获得细晶镁合金块体。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明是利用高速旋转的搅拌头插入工件待处理部位并向前移动，在摩擦热和剧烈塑性变形作用下，金属发生动态再结晶，最后形成细小的等轴晶，从而制备出晶粒细化、晶粒分布均匀的镁合金。
二、在制备镁合金块体的过程中所使用的设备均为常规搅拌摩擦焊设备，因此，本发明操作简便，制备效率高、成本低。
三、在制备镁合金块体的过程中无需真空、保护气和高温，因此，本发明清洁环保。
附图说明
图1为镁板2固定后与搅拌头1相对位置示意图；
图2为搅拌头1下压后停留过程中，轴肩1-2周围镁合金结合在搅拌头1上开始形成圆柱形块体3的示意图；
图3为搅拌头1边行进边抬升形成大状圆柱形块体4的示意图；
图4为所制备的细晶镁合金块体的示意图；
图5为制备前镁板2的铸态镁合金金相图；
图6为本发明所制备的细晶镁合金块体的金相图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、镁板2固定于工作台上，调整搅拌头1的轴线与镁板2的中心正对；
步骤二、搅拌头1的尺寸选取：搅拌针1-3的长度是镁板2厚度的0.9倍～0.95倍；
步骤三、搅拌头1以0.5mm/min～10mm/min移动速度、100r/min～3000r/min转速下压镁板2，至搅拌头轴肩1-2与镁板2接触后继续下压，下压量为0.25mm～0.5mm，下压后停留1s～10s，直至轴肩1-2周围镁合金结合在搅拌头1上，开始形成圆柱形块体3；
步骤四、搅拌头1边向前行进、边向上抬升，搅拌头1的行进速度为5mm/min～200mm/min，搅拌头1的抬升速度为1mm/min～5mm/min，随搅拌头1抬升，圆柱形块体3高度增加，形成的圆柱形块体3也逐渐增大，直至搅拌头1脱离镁板2的上端面，这时形成的圆柱形块体为大状圆柱形块体4；
步骤五、通过机加工的方式将大状圆柱形块体4与搅拌头1分离，获得细晶镁合金块体。
从图5和图6的金相图可明显看出，利用本发明方法制备的镁合金块体晶粒细小、分布均匀，从而提高了镁合金的强度、塑性和强韧化。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤一中镁板2为晶粒粗大的铸态镁板。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤一中镁板2为晶粒大小不均匀的轧制镁板。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为步骤二中搅拌头1的材质为工具钢，工具钢可以重复使用。其它步骤与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式为步骤三中搅拌针1-3的长度与下压量之和小于镁板2的厚度。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式为步骤三中搅拌头1的移动速度为5mm/min，搅拌头1的转速为1000r/min。其它步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式为步骤三中下压量为0.25mm，下压后停留5s。其它步骤与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式为步骤四中搅拌头1的行进速度为100mm/min，搅拌头1的抬升速度为2.5mm/min。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式为步骤五中分离搅拌头1与大状圆柱形块体4采用线切割。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图4说明本实施方式，本实施方式为步骤五中分离搅拌头1与大状圆柱形块体4采用紧固大状圆柱形块体4，逆向旋转搅拌头1的方式使大状圆柱形块体4脱离。其它步骤与具体实施方式九相同。
Claims (10)
1.一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、镁板(2)固定于工作台上，调整搅拌头(1)的轴线与镁板(2)的中心正对；
步骤二、搅拌头(1)的尺寸选取：搅拌针(1-3)的长度是镁板(2)厚度的0.9倍～0.95倍；
步骤三、搅拌头(1)以0.5mm/min～10mm/min移动速度、100r/min～3000r/min转速下压镁板(2)，至搅拌头轴肩(1-2)与镁板(2)接触后继续下压，下压量为0.25mm～0.5mm，下压后停留1s～10s，直至轴肩(1-2)周围镁合金结合在搅拌头(1)上，开始形成圆柱形块体(3)；
步骤四、搅拌头(1)边向前行进、边向上抬升，搅拌头(1)的行进速度为5mm/min～200mm/min，搅拌头(1)的抬升速度为1mm/min～5mm/min，随搅拌头(1)抬升，圆柱形块体(3)高度增加，形成的圆柱形块体(3)也逐渐增大，直至搅拌头(1)脱离镁板(2)的上端面，这时形成的圆柱形块体为大状圆柱形块体(4)；
步骤五、通过机加工的方式将大状圆柱形块体(4)与搅拌头(1)分离，获得细晶镁合金块体。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤一中镁板(2)为晶粒粗大的铸态镁板。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤一中镁板(2)为晶粒大小不均匀的轧制镁板。
4.根据权利要求2或3所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤二中搅拌头(1)的材质为工具钢。
5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤三中搅拌针(1-3)的长度与下压量之和小于镁板(2)的厚度。
6.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤三中搅拌头(1)的移动速度为5mm/min，搅拌头(1)的转速为1000r/min。
7.根据权利要求6所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤三中下压量为0.25mm，下压后停留5s。
8.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤四中搅拌头(1)的行进速度为100mm/min，搅拌头(1)的抬升速度为2.5mm/min。
9.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤五中分离搅拌头(1)与大状圆柱形块体(4)采用线切割。
10.根据权利要求9所述的一种搅拌摩擦处理制备细晶镁合金块体的方法，其特征在于：所述步骤五中分离搅拌头(1)与大状圆柱形块体(4)采用紧固大状圆柱形块体(4)，逆向旋转搅拌头(1)的方式使大状圆柱形块体(4)脱离。
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