CN108787771B - 一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置及挤压成型方法 - Google Patents
一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置及挤压成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置及挤压成型方法，属于镁合金技术领域，该挤压装置包括依次连通的进料筒和挤压筒，沿挤压筒进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区、第二流变区及定径带，第二流变区的剖面呈倒等腰三角形或锯齿形，倒等腰三角形或锯齿形的顶角背离第一流变区。该挤压装置能够引入挤压板材横向的分速和差速剪切变形，促进晶粒细化，导致晶粒取向发生不同程度的偏转，进而弱化板材基面织构。甚至出现“稀土型”织构，挤压板材的延伸率在室温下最高可达52.6％。另外，通过该挤压装置直接挤压就能制备高塑性镁合金，并不需要复杂的加工工艺，可移植性强，便于在工业中实现。
Description
技术领域
本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置及挤压成型方法。
背景技术
镁合金具有比强度比刚度高、低密度、热扩散系数大，易于切屑加工、易于回收等优点。被广泛用于汽车、航空及电子产品等领域。挤压加工是高性能镁合金薄板的重要生产方式，相比于其它加工方式，挤压可以一次成型，加工效率高。此外，挤压工艺灵活性强，可以生产不同形状的管材，型材和棒材。然而，常规的挤压加工后的板材出现较强的基面织构，导致挤压板材的拉伸力学性能差及各向异性，进而降低了镁合金板材的冲压成型性能及二次加工性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置；目的之二在于提供一种利用获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置挤压成型镁合金薄板带坯的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置，所述挤压装置包括依次连通的进料筒1和挤压筒2，沿所述挤压筒2进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区2-1、第二流变区2-2及定径带2-3，所述第二流变区2-2的剖面呈倒等腰三角形或锯齿形，所述倒等腰三角形或锯齿形的顶角背离第一流变区2-1。
进一步，所述倒等腰三角形底角的度数或锯齿形中各三角形底角的度数为15-80°。
进一步，所述倒等腰三角形底角的度数或锯齿形中各三角形底角的度数为30-60°。
进一步，所述第二流变区2-2的剖面呈倒等腰三角形时，第二流变区2-2呈三棱柱形。
进一步，第二流变区2-2中沿所述定径带2-3两侧的腔体对称分布或沿所述挤压筒2轴向错位分布。
进一步，所述第二流变区2-2的剖面呈锯齿形时，第二流变区2-2由若干个三棱柱一字排开而成。
进一步，第二流变区2-2中沿所述定径2-3带两侧的腔体对称分布或沿所述挤压筒2径向错位分布或沿所述挤压筒2轴向错位分布或沿所述挤压筒2径向错位分布的同时又沿所述挤压筒2轴向错位分布。
2、利用所述的挤压装置挤压成型镁合金薄板带坯的方法，所述方法具体为：将镁合金铸锭和挤压装置在280-480℃下预热0.5-5h，然后将镁合金铸锭放入进料筒1中，从镁合金铸锭的后端施加压力，使镁合金铸锭依次通过挤压筒2中第一流变区2-1、第二流变区2-2和定径带2-3，然后冷却至室温，制得镁合金薄板带坯。
进一步，所述镁合金铸锭为经均匀化处理后的镁合金铸锭，所述均匀化处理为在250-500℃下保温10-36h。
进一步，镁合金铸锭挤压过程中挤压温度为280-480℃，挤压比15-120:1，冲压速率为0.1-6mm/s。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置及挤压成型方法，通过对传统和该挤压工艺的有限元模拟分析，利用本发明中的挤压装置，可使镁合金在挤压过程中挤压流速方向发生改变，在挤压板材的横向方向(TD)引入挤压流速(原理如图1所示)，促进晶粒细化，导致晶粒取向发生不同程度的偏转，进而弱化和偏转板材基面织构。甚至出现“稀土型”织构，挤压镁合金板材的延伸率最高可达52.6％。另外，通过该挤压装置直接挤压就能制备高塑性镁合金，并不需要复杂的加工工艺，可移植性强，便于在工业中实现。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明中挤压装置引入挤压板材横向的分速和差速剪切变形的原理图；(a为传统挤压工艺的有限元模拟，b为本发明中挤压工艺的有限元模拟)
图2为传统挤压装置立体图；
图3为传统挤压装置俯视图；
图4为图3中传统挤压装置A-A剖视图；
图5为图3中传统挤压装置B-B剖视立体图；
图6为图3中传统挤压装置B-B剖视图；
图7为实施例1中挤压装置立体图；
图8为实施例1中挤压装置俯视图；
图9为图8中实施例1中挤压装置A-A剖视图；
图10为图8中实施例1中挤压装置B-B剖视立体图；
图11为图8中实施例1中挤压装置B-B剖视图；
图12为实施例1中7种镁合金薄板带坯的织构图；
图13为实施例1中7种镁合金薄板带坯的力学性能图；
图14为实施例2中挤压装置立体图；
图15为实施例2中挤压装置俯视图；
图16为图15中实施例2中挤压装置A-A剖视图；
图17为图15中实施例2中挤压装置B-B剖视立体图；
图18为图15中实施例2中挤压装置B-B剖视图；
图19为实施例2中镁合金薄板带坯的织构图；
图20为实施例3中挤压装置立体图；
图21为实施例3中挤压装置俯视图；
图22为图21中实施例3中挤压装置A-A剖视图；
图23为图21中实施例3中挤压装置B-B剖视立体图；
图24为图21中实施例3中挤压装置B-B剖视图；
图25为实施例3中镁合金薄板带坯的织构图；
图26为实施例4中挤压装置立体图；
图27为实施例4中挤压装置俯视图；
图28为图27中实施例4中挤压装置A-A剖视图；
图29为图27中实施例4中挤压装置B-B剖视立体图；
图30为图27中实施例4中挤压装置B-B剖视图。
图1到图30中，除图1、图3、图8、图12、图13、图15、图19、图21、图25和图27外，其它图中：1进料筒，2挤压筒，2-1第一流变区，2-2第二流变区，2-3定径带。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
由图7和图8可知，挤压装置包括依次连通的进料筒1和挤压筒2，沿挤压筒2进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区2-1、第二流变区2-2及定径带2-3；结合图7和图9可知，第二流变区2-2呈三棱柱形，其剖面呈倒等腰三角形，倒等腰三角形的顶角背离第一流变区2-1，结合图10和图11可知，第二流变区2-2中沿定径带2-3两侧的腔体对称分布，分别设定第二流变区2-2的剖面-倒等腰三角形底角的度数为15°、30°、37°、45°、52°、60°，制得6个挤压装置，以传统的挤压装置(由图2和图3可知，该挤压装置包括依次连通的进料筒1和挤压筒2，沿挤压筒2进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区2-1、第二流变区2-2及定径带2-3；结合图2和图4可知，该挤压装置第二流变区2-2呈长方体，剖面呈长方形，结合图5和图6，第二流变区2-2中沿定径带2-3两侧的腔体对称分布)及上述6个挤压装置分别挤压成型镁合金薄板带坯，挤压成型的方法如下：
首先将镁合金铸锭在400℃下保温24h，然后将镁合金铸锭和挤压装置在400℃下预热2h，最后将镁合金铸锭放入进料筒1中，从镁合金铸锭的后端施加压力，在挤压温度为400℃，挤压比为51:1，冲压速率为0.55mm/s的条件下使镁合金铸锭依次通过挤压筒2中第一流变区2-1、第二流变区2-2和定径带2-3，然后冷却至室温，获得7种镁合金薄板带坯。
利用背散射电子衍射取向成像技术(EBSD)分析上述7种镁合金薄板带坯的织构，结果如图12所示，由图12可知，α＝0°即为传统挤压工艺板材织构，与传统挤压工艺板材织构相比，实施例1中获得的镁合金板材(0002)基面织构强度得到不同程度的下降，其中，织构强度最大幅度下降到5.4，基极向挤压方向(ED)发生方向较大幅度的偏转，偏转最大角度约为70°，且基极沿挤压板材横向(TD)方向被拉长，基面织构转变为稀土型织构。
利用CMT5105-300kN微机控制电子万能试验机对上述7种镁合金薄板带坯进行拉伸试验，测试上述7种镁合金薄板带坯的力学性能，结果如图13所示，由图13可知，与传统工艺挤压板材对比，实施例1中获得的镁合金板材的延伸率显著提高，其中，延伸率最高可达到52.6％。且本发明合金屈服强度比传统挤压AZ31板材低，更有利于后期的塑性变形，比如弯曲，冲压。
实施例2
由图14和图15可知，挤压装置包括依次连通的进料筒1和挤压筒2，沿挤压筒2进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区2-1、第二流变区2-2及定径带2-3；结合图14和图16，第二流变区2-2呈三棱柱形，其剖面呈倒等腰三角形，倒等腰三角形的顶角背离第一流变2-1，结合图17和图18可知，第二流变区2-2中沿定径带2-3两侧的腔体沿所述挤压筒2轴向错位分布，设定第二流变区2-2的剖面-倒等腰三角形底角的度数为45°，挤压装置，利用该挤压装置挤压成型镁合金薄板带坯，挤压成型的方法如下：
首先将镁合金铸锭在250℃下保温36h，然后将镁合金铸锭和挤压装置在280℃下预热5h，最后将镁合金铸锭放入进料筒1中，从镁合金铸锭的后端施加压力，在挤压温度为280℃，挤压比为120:1，冲压速率为0.1mm/s的条件下使镁合金铸锭依次通过挤压筒2中第一流变区2-1、第二流变区2-2和定径带2-3，然后冷却至室温，获得镁合金薄板带坯。
利用背散射电子衍射取向成像技术(EBSD)分析上述镁合金薄板带坯的织构，结果如图19所示，由图19可知，利用上述挤压装置挤压成型的镁合金板材(0002)基面织构强度得到了下降，织构强度下降到8.2，基极向沿45°方向发生较大幅度的偏转，且沿挤压板材横向(TD)方向出现新的织构成分。
实施例3
由图20和图21可知，挤压装置包括依次连通的进料筒1和挤压筒2，沿挤压筒2进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区2-1、第二流变区2-2及定径带2-3；结合图20和图22可知，第二流变区2-2由两个三棱柱一字排开而成，其剖面呈锯齿形，锯齿形的顶角背离第一流变区2-1，结合图23和24可知，第二流变区2-2中沿定径带2-3两侧的腔体对称分布，分别设定第二流变区2-2的剖面-锯齿形中各三角形底角的度数为60°、79°，制得2个挤压装置，以上述2个挤压装置分别挤压成型镁合金薄板带坯，挤压成型的方法如下：
首先将镁合金铸锭在500℃下保温10h，然后将镁合金铸锭和挤压装置在480℃下预热0.5h，最后将镁合金铸锭放入进料筒1中，从镁合金铸锭的后端施加压力，在挤压温度为480℃，挤压比为15:1，冲压速率为6mm/s的条件下使镁合金铸锭依次通过挤压筒2中第一流变区2-1、第二流变区2-2和定径带2-3，然后冷却至室温，获得2种镁合金薄板带坯。
利用背散射电子衍射取向成像技术(EBSD)分析上述2种镁合金薄板带坯的织构，结果如图25所示，由图25可知，利用上述挤压装置挤压成型的镁合金板材(0002)基面织构强度下降，织构强度下降到8.2且基极偏离板材法向约35°。
实施例4
本发明中挤压装置还具备如下结构：如图26和图27所示，挤压装置包括依次连通的进料筒1和挤压筒2，沿挤压筒2进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区2-1、第二流变区2-2及定径带2-3，结合图26和图28可知，第二流变区2-2由两个三棱柱一字排开而成，其剖面呈锯齿形，结合图29和图30可知，第二流变区2-2中沿定径带2-3两侧的腔体沿挤压筒2径向错位分布。
或者，挤压装置包括依次连通的进料筒和挤压筒，沿挤压筒进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区、第二流变区及定径带，第二流变区由两个三棱柱一字排开而成，其剖面呈锯齿形，且第二流变区中沿所述定径带两侧的腔体沿所述挤压筒轴向错位分布。
或者，挤压装置包括依次连通的进料筒和挤压筒，沿挤压筒进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区、第二流变区及定径带，第二流变区由两个三棱柱一字排开而成，其剖面呈锯齿形，且第二流变区中沿所述定径带两侧的腔体沿所述挤压筒径向错位分布的同时又沿所述挤压筒轴向错位分布。
本发明中挤压装置第二流变区的剖面呈倒等腰三角形时，第二流变区除了呈三棱柱形外，还可呈圆锥形；第二流变区的剖面呈锯齿形时，第二流变区除了由若干个三棱柱一字排开而成，还可由若干个圆锥一字排开而成，各种变形均能实现对镁合金板材织构的弱化。
本发明中挤压装置第二流变区的剖面可以呈倒等腰三角形，也可以不呈等腰三角形。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种获得室温高塑性镁合金薄板带坯挤压装置，其特征在于，所述挤压装置包括依次连通的进料筒和挤压筒，沿所述挤压筒进口至出口方向依次设置有连通的第一流变区、第二流变区及定径带，所述第二流变区的剖面呈倒等腰三角形或锯齿形，所述倒等腰三角形或锯齿形的顶角背离第一流变区。
2.如权利要求1所述的挤压装置，其特征在于，所述倒等腰三角形底角的度数或锯齿形中各三角形底角的度数为15-80°。
3.如权利要求1所述的挤压装置，其特征在于，所述倒等腰三角形底角的度数或锯齿形中各三角形底角的度数为30-60°。
4.如权利要求1-3任一项所述的挤压装置，其特征在于，所述第二流变区的剖面呈倒等腰三角形时，第二流变区呈三棱柱形。
5.如权利要求4所述的挤压装置，其特征在于，第二流变区中沿所述定径带两侧的腔体对称分布或沿所述挤压筒轴向错位分布。
6.如权利要求1-3任一项所述的挤压装置，其特征在于，所述第二流变区的剖面呈锯齿形时，第二流变区由若干个三棱柱一字排开而成。
7.如权利要求6所述的挤压装置，其特征在于，第二流变区中沿所述定径带两侧的腔体对称分布或沿所述挤压筒径向错位分布或沿所述挤压筒轴向错位分布或沿所述挤压筒径向错位分布的同时又沿所述挤压筒轴向错位分布。
8.利用权利要求1-7任一项所述的挤压装置挤压成型镁合金薄板带坯的方法，其特征在于，所述方法具体为：将镁合金铸锭和挤压装置在280-480℃下预热0.5-5h，然后将镁合金铸锭放入进料筒中，从镁合金铸锭的后端施加压力，使镁合金铸锭依次通过挤压筒中第一流变区、第二流变区和定径带，然后冷却至室温，制得镁合金薄板带坯。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述镁合金铸锭为经均匀化处理后的镁合金铸锭，所述均匀化处理为在250-500℃下保温10-36h。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，镁合金铸锭挤压过程中挤压温度为280-480℃，挤压比15-120:1，冲压速率为0.1-6mm/s。
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