CN105568191B - 一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置及方法 - Google Patents

一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置及方法，具体包括:加热装置、保温装置、锻造装置以及绝缘装置。其特征在于利用该装置的外接脉冲电流对多向锻造过程起到的辅助作用，使得在多向锻造过程中脉冲电流的加热、增塑及晶粒细化效应作用到镁合金锻坯上。通过发明所述的装置及方法能够实现镁合金多向锻造过程中锻坯的高效加热及保温，并且在变形过程中，可充分利用脉冲电流对镁合金再结晶的促进效应，进一步细化晶粒，有效地实现了镁合金的强韧化。可消除普通多向锻造过程中锻压道次较多、需要反复加热、锻前加热时间长、细晶化效果差等不利因素引起的能耗和成本高的问题，有效地改善了镁合金的强韧化效果，提高了效率。

Description

一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置及方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，具体涉及一种脉冲电流辅助多向锻造镁合金强韧化的装置及方法。
背景技术
镁合金作为一种正式的材料首次应用于工业实在20世纪30年代，那时它被应用于赛车的活塞。不过，那时候镁合金还被认为是潜力有限的一种特殊材料。之后随着科技的发展与进步，镁合金材料的特点进一步被发现：①密度小,比铝轻三分之一,其比强度(抗拉强度与密度之比值)较铝合金高;②疲劳极限高;③能比铝合金承受较大的冲击载荷;④导热性好;⑤铸造性好;尺寸稳定性好;⑦易于回收;⑧有良好的切削加工性;⑨有较好的减振性能;⑩在诸多方面比工程塑料优越,可替代工程塑料;在煤油、汽油、矿物油和碱类中的耐耐蚀性较高等。如今镁合金已成为汽车、航空及电子等工业中不可替代的一种材料。然而镁合金还具有一定的缺陷，具有塑性、韧性等力学性能较差等缺点，因此为了获得性能更好的镁合金原材料还需相应的后续工艺处理以提高其力学性能。
研究表明，晶粒细化是提高镁合金综合性能的重要手段之一，近年来大塑性变形方法，如等径角挤压（ECAE）、累积叠轧（ARB）、多道次镦挤、多向锻造等，作为细化晶粒以获得高性能材料的有效途径受到了广泛的关注，而在这些方法中，多向锻造由于具有工艺简单、成本低、可制备大块致密材料等特点具有独特的技术优势获得了大量的应用。然而现有的多向锻造工艺还存在一些问题亟待解决，如锻压道次较多、需要反复加热、锻前加热时间长、加热效率低等，而这些都造成了该工艺生产效率低下，成本较高，严重制约了其进一步的推广与应用，为此有必要针对这些问题对多向锻工艺进行改进。以进一步提升多向锻造的工艺效果、提高加工效率。
脉冲电流作为一种改善材料性能、提高工艺效率的辅助手段，已在材料成形的许多工艺中得到了应用，脉冲电流能提高金属材料的塑性变形能力，促进非晶合金的晶化过程，提高再结晶形核率，细化合金的凝固组织。从而使晶粒得到细化，提高材料的强韧性，改善材料的综合力学性能，降低加工成本。因此，本发明拟将脉冲电流在工艺中起到的“加热”、“增塑”以及提高再结晶形核率的作用应用于镁合金的多向锻造工艺中，综合利用脉冲电流的提高再结晶形核率以及“加热”与“增塑”效应，以提高多向锻的加热效率，降低能耗与成本，提升材料的细晶化效果，减少多向锻造的道次，从而实现工艺的低成本与连续性。本发明设计了多向锻的脉冲电流辅助装置，进行了脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的工艺实验，提高了多向锻的加热效率，降低能耗与成本，提升材料的细晶化效果，减少多向锻造的道次，从而实现工艺的低成本与连续性。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置及方法，以解决镁合金多向锻造过程中出现的锻压道次较多、需要反复加热、锻前加热时间长、加热效率低、细晶化效果差等因素引起的能耗和成本高，连续性和工艺性差的问题，进一步提高镁合金强韧化效果及效率。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置及方法，其特征在于：它包括加热装置、保温装置、锻造装置以及绝缘装置；其中模具装置具体包括上模座1、上陶瓷板2、导线3、钛板4、通孔6、下陶瓷板7、下模座8、垫块9、铜质垫块10、镁合金锻坯11、测温孔12、石棉套13、陶瓷模具14以及铜质压头15其中上模座1、上陶瓷板2、铜质压头15依次沿中心线从上往下平行放置并固定在一起，下模座8、下陶瓷板7依次沿中心线向上平行放置并固定在一起，将垫块9紧贴下模座8放置，并将陶瓷模具14沿模具中心线放置于垫块9上；把石棉套13放置于陶瓷模具14外面，使该石棉套13内壁紧贴陶瓷模具14外壁；然后，将铜质垫块10沿陶瓷模具14内壁放入，并放置于下陶瓷板7上；同时，将上电极用导线3接到铜质压头15上，下电极连接的导线3穿过垫块9上的通孔6接到铜质垫块10上，从而与脉冲电源5形成闭合回路，最终形成了一个包含整个镁合金锻坯11于型腔中的模具装置；并且本发明的装置及方法为镁合金强韧化提供了一钟新的途径。
它还包括绝缘装置，具体包括：上陶瓷板2、陶瓷模具14以及下陶瓷板7；所述上陶瓷板2位于压头15与上模座1之间，下陶瓷板7位于下模座8与铜质垫块10之间；陶瓷模具14沿装置中心线放置于垫块9上，且陶瓷模具外壁被石棉套紧贴放置，从而保证了锻坯处于绝缘状态，一方面保证了锻坯得到有效加工，另一方面保证工作人员的人身安全。
它还包括保温装置，具体包括：钛板4和石棉套13。所述石棉套13紧贴陶瓷模具14外壁放置，钛板4分为上下钛板，分别紧贴在压头15、铜质垫块10上，从而对模具内的锻坯起到保温作用，有效的保证锻坯的性能。
它还包括加热装置，具体由导线3与脉冲电源5构成，将上电极用导线3接到铜质压头15上，下电极连接的导线3穿过垫块9上的通孔6连接到铜质垫块10上，与脉冲电源5形成闭合回路，从而使脉冲电源5接通到模具上，使得脉冲电流在多向锻造过程中对镁合金的强韧化起到辅助作用。
它还包括测温孔12，所述测温孔12穿过陶瓷模具14与石棉套13，使得加工时模具内温度得到掌控，可以随时对工作状况进行调整。
与已有技术相比，本发明具有以下有益效果；
1.通过脉冲电流对镁合金具有的加热作用，在多向锻造过程中能够对锻坯起到加热作用，减少多向锻造过程中锻坯温度降低、加热效率低等问题，提高加工效率。
2.通过脉冲电流对镁合金具有的增塑以及提高再结晶形核率作用，在锻造过程中与多向锻的大塑性变形一起细化了镁合金晶粒，有效的强韧化镁合金，可以起到减少锻压道次，提高细晶化的效果。有效的改善镁合金的性能，提高了加工效率。
3.本发明通过脉冲电流对镁合金的加热与细晶作用，消除了需要反复加工锻坯的问题，实现工艺的低成本与连续性。
4.本发明操作简单，易于改装，可根据具体需要在导电通道内加工不同形状的锻件。
5.本发明成本低廉，能耗低，加热效率高，细晶效果好，利于节省科研经费，提高科研效率。
附图说明
图1是一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金装置的示意图。图2是脉冲电流辅助多向锻造的工艺流程。脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置具体包括上模座1、上陶瓷板2、导线3、钛板4、通孔6、下陶瓷板7、下模座8、垫块9、铜质垫块10、镁合金锻坯11、测温孔12、石棉套13、脉冲电源5、陶瓷模具14以及铜质压头15其中上模座1、上陶瓷板2、铜质压头15依次沿中心线从上往下平行放置并固定在一起，下模座8、下陶瓷板7依次沿中心线向上平行放置并固定在一起，将垫块9紧贴下模座8放置，并将陶瓷模具14沿模具中心线放置于垫块9上；把石棉套13放置于陶瓷模具14外面，使该石棉套13内壁紧贴陶瓷模具14外壁；然后，将铜质垫块10沿陶瓷模具14内壁放入，并放置于下陶瓷板7上；最后，将上电极用导线3接到铜质压头15上，下电极连接的导线3穿过垫块9上的通孔6接到铜质垫块10上，从而与脉冲电源5形成闭合回路，最终形成了一个包含整个镁合金锻坯11于型腔中的模具装置。
具体实施方式
本发明提供了针对镁合金的一种脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置的使用方法，具体的实施方式如下：
1、设定所述长方体锻坯的三个相互垂直的面分别为A面，B面，C面，将锻坯A面朝上，并沿模具中心线放置于铜质垫块10的钛板4上，合模。
2、对锻坯进行预加压，加压压力约在5-10MPa，从而保证锻坯与压头15以及铜质垫块10上的钛板的良好接触。
3、将脉冲电源5打开通电，使脉冲电流密度大约达到25-28A/mm²，保持通电大约为20-40秒，使的锻坯温度得以迅速升至400℃左右。然后降低电流密度至22 A/mm²，从而使的温度得以维持在400℃左右。
4、打开压力机开始加压，使压力机沿下行方向锻造A面，当试样侧面接触陶瓷模具14内表面时停止加压并断电。使的锻坯迅速降温，避免了晶粒的长大，保持了细晶化的效果。
5、然后开模将锻坯取出，重复上述过程锻造B面和C面。
6、最后将上述工作流程重复3-5道次，就得到了我们所需的晶粒细小的力学性能优良的强韧化的镁合金锻坯。

Claims (2)

1.一种利用脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置，其特征在于：它包括加热装置、保温装置、锻造装置以及绝缘装置；其中模具装置具体包括上模座(1)、上陶瓷板(2)、导线(3)、钛板(4)、通孔(6)、下陶瓷板(7)、下模座(8)、垫块(9)、铜质垫块(10)、镁合金锻坯(11)、测温孔(12)、石棉套(13)、脉冲电源(5)、陶瓷模具(14)以及铜质压头(15)；其中上模座(1)、上陶瓷板(2)、铜质压头(15)依次沿中心线从上往下平行放置并固定在一起，下模座(8)、下陶瓷板(7)依次沿中心线向上平行放置并固定在一起，将垫块(9)紧贴下模座(8)放置，并将陶瓷模具(14)沿模具中心线放置于垫块(9)上；把石棉套(13)放置于陶瓷模具(14)外面，使该石棉套(13)内壁紧贴陶瓷模具(14)外壁；然后，将铜质垫块(10)沿陶瓷模具(14)内壁放入，并放置于下陶瓷板(7)上；同时，将上电极用导线(3)接到铜质压头(15)上，下电极连接的导线(3)穿过垫块(9)上的通孔(6)接到铜质垫块(10)上，从而与脉冲电源(5)构成一个闭合回路，形成了一个包含整个镁合金锻坯(11)于型腔中的模具装置；并且该装置为镁合金强韧化提供了一种新的途径；所述加热装置由导线(3)与脉冲电源(5)构成，将上电极用导线(3)接到铜质压头(15)上，下电极连接的导线(3)穿过垫块(9)上的通孔(6)连接到铜质垫块(10)上，与脉冲电源(5)构成闭合回路，从而使的脉冲电源(5)接通到模具上，使得脉冲电流在多向锻造过程中对镁合金的强韧化起到辅助作用；所述绝缘装置包括上陶瓷板(2)、陶瓷模具(14)以及下陶瓷板(7)；所述上陶瓷板(2)位于铜质压头(15)与上模座(1)之间，下陶瓷板(7)位于下模座(8)与铜质垫块(10)之间；陶瓷模具(14)沿装置中心线放置于垫块(9)上，且陶瓷模具外壁被石棉套紧贴放置，从而保证了锻坯处于绝缘状态，一方面保证了锻坯得到有效加工，另一方面保证工作人员的人身安全；所述保温装置包括钛板(4)和石棉套(13),所述石棉套(13)紧贴陶瓷模具(14)外壁放置，钛板(4)分为上下钛板，分别紧贴在压头(15)、铜质垫块(10)上，对模具内的锻坯起到保温作用，有效的保证锻坯的性能。
2.一种根据权利要求1所述的利用脉冲电流辅助多向锻造强韧化镁合金的装置的使用方法，具体步骤如下：设定所述长方体锻坯的三个相互垂直的面分别为A面，B面，C面，将锻坯A面朝上，并沿模具中心线放置于铜质垫块(10)的钛板(4)上，合模；对锻坯进行预加压，加压压力在5-10MPa，从而保证锻坯与铜质压头(15)以及铜质垫块(10)上的钛板的良好接触；将脉冲电源(5)开关打开通电，使脉冲电流密度达到25-28A/mm²，保持通电20-40秒，使得锻坯温度得以迅速升至400℃，然后降低电流密度至22 A/mm²，从而使的温度得以维持在400℃；打开压力机开始加压，使压力机沿下行方向锻造A面，当试样侧面接触陶瓷模具(14)内表面时停止加压并断电，使的锻坯迅速降温，避免了晶粒的长大，保持了细晶化的效果；然后开模将锻坯取出，重复上述过程锻造B面和C面；最后将上述工作流程重复3-5道次，就得到了所需的晶粒细小的力学性能优良的强韧化的镁合金锻坯。
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