CN107497874B - 一种利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法，步骤如下，1）将两块镁合金基材以内外嵌套方式组合成圆柱形坯料并固定好，其中位于内部的基材构成芯材，位于外面的基材构成包材，两块镁合金基材的结合面具有相同或者相应的曲面界面结构；2）将组合成的圆柱形坯料在热挤压温度下进行挤压加工成板材。本发明镁合金在复合挤压过程中界面处于不同于传统挤压加工过程中的非对称的应力状态，这种应力状态可以导致晶粒取向发生不同程度的偏转，最终弱化镁合金组元的基面织构，有利于提升挤压板材的二次成型能力。

Description

一种利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法
技术领域
本发明涉及镁合金板材，具体涉及调控镁合金挤压板材织构的方法，属于镁合金加工技术领域。
背景技术
镁合金具有低密度、比强度比刚度高、阻尼减震性能好、热扩散系数大，易于切屑加工、易于回收等优点。镁合金这种高强低质的特点使其广泛应用于汽车，航空航天及电子产品等领域。挤压是目前镁合金板材最常见的加工方式之一。镁合金挤压后显示出良好的性能，提高镁合金的强度和塑性。而且，相比于其他加工方式来说挤压可以一次成型，加工效率高。另外，挤压加工方式可以生产形状不同的型材，管材和棒材，挤压工艺灵活性较强。
虽然挤压是镁合金板材主要加工方法之一，但是常规的挤压加工后板材会出现较强的基面织构，降低了板材的冲压成型性能。如何进一步提升挤压板材的二次成型能力，通过新型技术开发弱化挤压板材的基面织构成为一个亟待解决的关键问题。
发明内容
针对上述挤压板材出现强织构的问题，本发明提出了一种调控镁合金板材织构的挤压方法，本方法引入新型复合界面结构可以在基材复合挤压后有效地偏转挤压板材织构，本方法简单、易行，且可规模化加工，能弱化镁合金组元的基面织构，有利于进一步提升挤压板材的二次成型能力。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法，步骤如下，
1）将两块镁合金基材以内外嵌套方式组合成圆柱形坯料并固定好，其中位于内部的基材构成芯材，位于外面的基材构成包材，包材为圆筒形；两块镁合金基材的结合面具有相同或者相应的曲面界面结构；
2）将组合成的圆柱形坯料在热挤压温度下进行挤压加工成板材。
步骤2）的挤压温度为200-500℃。
步骤1）的基材为同种镁合金或异种镁合金，基材为铸态。
包材内壁和芯材表面从任意横截面观察，呈相同的n角星形或者梅花形曲面,n为3-8的自然数。
基材表面的曲面界面结构通过铸造方法获得，或者通过机械加工获得。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过设计一种新型的挤压复合界面，最终导致挤压板材中的镁组元的晶粒取向偏离板材法向（ND），弱化强基面织构。图3为梅花形复合界面的有限元模拟图，可以看出镁合金在复合挤压过程中界面处于不同于传统挤压加工过程中的非对称的应力状态，这种应力状态可以导致晶粒取向发生不同程度的偏转，最终弱化镁合金组元的基面织构，有利于提升挤压板材的二次成型能力。
附图说明
图1-本发明六角星形界面、梅花形界面结构示意图。
图2-本发明梅花形界面结构和常规结构复合挤压时界面处应力状态的有限元分析模拟对比图。其中图2( a) 为本发明梅花形界面结构复合挤压时界面处应力状态的有限元分析模拟图，图2( b) 为常规界面结构复合挤压时界面处应力状态的有限元分析模拟图。
图3-本发明梅花形复合界面得到的镁合金挤压板材和常规镁合金挤压板材基面织构对比示意图。其中图3( a) 为本发明梅花形复合界面的镁合金挤压板材基面织构示意图，图3( b) 为常规镁合金挤压板材基面织构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种特殊的复合挤压界面，利用这种挤压复合界面可以有效调控镁基复合板材中镁组元的织构。具体方法为将用于挤压复合的基材界面加工成横截面投影为梅花、N角星或类似形状的曲面，接着把两块具有相同或者相应挤压界面的板材组合后，通过挤压复合形成层状镁基复合板材。
本发明通过设计上述新型复合界面结构来调控镁挤压板的织构，将镁锭加工成两块界面梅花、N角星或其他结合曲面的镁合金坯料，再进行挤压加工，从而形成一种利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法。
以下结合附图对本发明进行进一步阐述，本发明利用新型界面调控镁合金板材织构的挤压方法，按如下步骤进行：
1）将两块镁合金基材以内外嵌套方式组合成圆柱形坯料并固定好，两块镁合金基材的结合面具有相同或者相应的曲面界面结构；
2）将组合成的圆柱形坯料在热挤压温度下进行挤压加工成板材。挤压温度为200-500℃。
本发明的基材可以为同种镁合金基材，也可以为异种镁合金基材。基材初始状态通常为铸态。
基材表面的曲面界面结构通过铸造方法获得，或者通过机械加工获得。
本发明两镁合金基材采用内外嵌套组合方式，不同组合方式下结合面有不同的曲面形状。以下为优选的两种曲面及组合结构，具体如下：
1、两块镁合金基材内外嵌套放置，位于里面的构成芯材，外面的构成包材；包材内壁和芯材表面从任意横截面观察，挤压界面在横截面上的投影为梅花形，并且外壳与芯材可以完全咬合在一起。如图1a所示。
4、两块镁合金基材内外嵌套放置，位于里面的构成芯材，外面的构成包材；包材内壁和芯材表面从任意横截面观察，挤压界面在横截面上的投影为六角星形，并且外壳与芯材可以完全咬合在一起。如图1b所示。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
两AZ31铸锭初始尺寸为φ80×75mm，其后将其放入电阻丝加热炉中进行均匀化热处理。接下来，使用线切割将镁锭切成横截面投影为梅花复合曲面，其中一个为芯材，一个为包材。在复合界面经过抛光，去油脂后，将AZ31基材芯材和包材内外嵌套在一起并且使用镁条固定。横截面如图1a所示。接下来，对其进行复合挤压，挤压温度为400℃，最终复合板材的厚度为3mm。
图2为本发明实施例一梅花形界面结构和常规结构复合挤压时界面处应力状态的有限元分析模拟对比图。可以看出，采用曲面结构可以产生沿曲面法向方向分布的非对称应力状态，在一定程度上弱化镁合金的织构。图3为实施例一得到的梅花状复合界面镁合金挤压板材和常规镁合金挤压板材宏观织构对比示意图。从图中可以看出，利用传统挤压工艺制备的镁合金板材宏观极图，其中大部分晶粒的c轴几乎平行于ND方向，出现高强度的基面织构；然而，具有锯齿形复合界面的镁合金经过复合挤压过后，其宏观极图呈现出部分c轴偏离ND方向，平行于ND方向的织构强度减弱的现象。相较于现有技术来说，本发明在镁合金挤压加工过程中引入变形量较大的非对称应力状态，从而达到弱化织构，有利于提升镁合金的冲压成形能力。
实施例二：
AZ31和ZK60铸锭初始尺寸为φ80×75mm，其后将其放入电阻丝加热炉中进行均匀化热处理。接下来，使用线切割将镁锭切成横截面投影为梅花复合曲面，其中AZ31为芯材，ZK60为包材。在复合界面经过抛光，去油脂后，将AZ31芯材和ZK60包材内外嵌套在一起并且使用镁条固定。接下来，对其进行挤压复合，挤压温度为400℃，最终复合板材的厚度为3mm。
实施例三：
两镁合金ZK60铸锭初始尺寸为φ80×75mm，其后将其放入电阻丝加热炉中进行均匀化热处理。接下来，使用线切割将镁锭切成横截面投影为六角形复合曲面。在复合界面经过抛光，去油脂后，将ZK60基材芯材和包材内外嵌套在一起并且使用镁条固定。横截面如图1b所示。并对其进行复合挤压，挤压温度为400℃，最终复合板材的厚度为3mm。
实施例四：
AZ31和ZK60镁锭初始尺寸为φ80×75mm，其后将其放入电阻丝加热炉中进行均匀化热处理。接下来，使用线切割将镁锭切成横截面投影为八角形复合曲面，其中AZ31为包材，ZK60为芯材。在复合界面经过抛光，去油脂后，将ZK60基材芯材和AZ31包材内外嵌套在一起并且使用镁条固定，并对其进行复合挤压，挤压温度为400℃，最终复合板材的厚度为3mm。
本发明通过设计一种新型的挤压复合界面，使得镁合金在复合挤压过程中界面处处于不同于传统的非对称的应力状态，最终导致复合板材中的镁组元的晶粒取向偏离ND方向，对于织构弱化起到显著效果。从而，相比于传统挤压方式而言，这种挤压方法可以有效地提升板材的深冲性能，有利于镁合金板材的二次成型，为制备高性能镁基复合板材提供一种新的思路。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例子仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法，其特征在于：步骤如下，
1）将两块镁合金基材以内外嵌套方式组合成圆柱形坯料并固定好，其中位于内部的基材构成芯材，位于外面的基材构成包材，包材为圆筒形；两块镁合金基材的结合面具有相同或者相应的曲面界面结构；包材内壁和芯材表面从任意横截面观察，呈相同的n角星形或者梅花形曲面,n为3-8的自然数；
2）将组合成的圆柱形坯料在热挤压温度下进行挤压加工成板材。
2.根据权利要求1所述的利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法，其特征在于：步骤2）的挤压温度为200-500℃。
3.根据权利要求1所述的利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法，其特征在于：步骤1）的基材为同种镁合金或异种镁合金，基材为铸态。
4.根据权利要求1所述的利用曲面界面结构调控镁合金板材织构的挤压方法，其特征在于：基材表面的曲面界面结构通过铸造方法获得，或者通过机械加工获得。
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