CN109622649A - 一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法，属于有色金属塑性成型领域。主要针对镁合金板形挤压成形，将传统挤压模具更换为连续变截面大变形挤压加工模具。首先将多元少量镁合金亚快速凝固浇注成型，然后镁合金板形铸料放在可拆卸模芯中，通过外置加热炉加热，把加热后的模芯放置在模架内，然后合模，坯料受到挤压杆的压力，在模芯上部分的镦挤腔内镦挤变形，然后挤压杆继续施加压力，使坯料在下部分的挤压腔发生挤压变形，通过多道次锻挤复合变形，累积应变，发生动态再结晶，细化晶粒，制备出性能优化的薄板镁合金。实现镁合金板形铸料的薄板连续挤压成型，通过本发明的加工方法可获得组织均匀、性能优化的镁合金薄板形件。

Description

一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法
技术领域
本发明属于有色金属塑性成型领域。
背景技术
镁合金具有优异的性能，如密度小，比强度和比刚度高，抗震、降噪能力强、加工性能优越等等。可广泛用于航空、航天、汽车、3C等诸多领域，近年来受到越来越多的关注。但现有的使用状况远没有发挥出镁合金的潜在优势。镁合金的晶体结构为密排六方结构，室温下塑性成型能力较差，因此在实际应用中受到很大制约。目前镁合金产品以铸造镁合金居多，然而变形镁合金与铸造镁合金相比，有更大的发展潜力，可获得更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能。因此，提出镁合金成型新技术对镁合金的广泛开发利用具有重大意义。变形镁合金与铸造镁合金相比，具有更加优良的综合性能，更大的发展潜力和应用方向。多元少量亚快速凝固是制备高性能新结构金属材料的重要手段，通过在镁合金中加入几种微量元素，缩短凝固时间，使微量元素直接固溶在基体中，析出不同的沉淀相，抑制晶粒长大以及合金的成分偏析，从而缩短流程，优化性能。
传统的塑性变形工艺变形量小，晶粒细化能力有限，容易出现组织不均匀甚至裂纹等问题，因此，对镁合金采取大塑性变形手段是研究的重点方向。目前，传统挤压工艺主要是棒材产品，对于镁合金板材成型的变形方法研究较少。且受到挤压温度和挤压比的限制，细化晶粒能力有限，较难生产出满足社会需求的产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法，以满足变形镁合金的板材生产，实现变形镁合金的强韧化，获得组织均匀、性能优化的镁合金薄板形件。采用连续变截面大变形挤压复合加工方法，相较于传统成型工艺，多道次大塑性变形更有利于优化内部组织结构。
连续变截面大变形挤压复合工艺是指通过一种具有变截面的模芯结构，使坯料在加工过程中先发生镦挤变形，再发生挤压变形。在三向压应力作用下，消除组织缺陷，细化晶粒，改善微观组织，优化性能。
本发明的具体实施方案包括以下步骤：
1.组装模具；该模具由凸模和凹模组成；所述凸模由顶板和挤压杆3两部分构成，挤压杆3固定安装在上模架1上，顶板安装在凹模上，压在坯料8的上方；所述凹模由凹模外圈9和两个可拆卸式模芯10构成；凹模外圈9为中心加工有扁圆形通孔的圆台形结构，两个可拆卸式模芯10可拼合成一个扁圆柱安装在凹模外圈9中；拼合成的扁圆柱中间为模具型腔11；
挤压杆3通过螺栓固定在上模架1下方，固定板4通过螺栓固定在上模架1下方，弹簧5通过螺栓固定在固定板4和卸料板6之间，可拆卸式模芯10装在凹模外圈9内，凹模外圈9通过法兰固定在下模架12上，上模架1和下模架12之间通过导套2和导柱7进行定位，模具型腔11挤出段出口与下模座12的开口相对，模具型腔11的中心轴线与下模座12的中心轴线重合。
2.在模具型腔内均匀喷涂润滑剂；所述的润滑剂为为玻璃、石墨或铝粉润滑剂；
3.将亚快速凝固浇注成型的多元少量镁合金坯料放入可拆卸式模芯10的模具型腔中，通过外置加热炉加热至200-450℃；模具型腔包括镦挤腔13和挤压腔14；镦挤腔13设置在模具型腔的上部，横截面为矩形；挤压腔14设置在镦挤腔13下方，横截面也为矩形，但宽度小于镦挤腔13，挤压腔14和镦挤腔13之间通过切角平滑过渡；成型通道孔15设置在挤压腔14下方，成型通道孔15横截面矩形，成型通道孔15的宽度和厚度均小于挤压腔14；
4.将加热后的坯料与可拆卸式模芯10一起放入凹模外圈9内，在挤压杆3恒定压力挤压下板形铸料依次经过镦挤腔13、挤压腔14，镦挤腔13内挤压杆3压力为200-450MPa，压下速度为15-30m/min；坯料进入挤压腔14后在恒定压力下从成型通道孔15中匀速挤出得到镁合金薄板形件；挤压速度为0.1m/min-4m/min，挤压比为4-100；镦挤腔13刃口方向和挤压腔14刃口方向相垂直；
5.挤压完成后，可对镁合金采取去应力退火工艺，在150-400℃保温0.5-2h，以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化。
6.进行深冷处理，在液氮温度下保温24h，深冷可有效地细化晶粒，析出第二相，在激冷和激热的作用下，合金内部产生内应力可产生亚晶，此外，细晶会与位错作用，阻碍位错运动，提高结构稳定性，提升力学性能。之后可进行较短时间的人工时效(150-200℃时效1-2h)，深冷处理起到预时效的作用，在深冷处理后进行短时间的时效，可在保证塑性的前提下，进一步提升合金的强度。
本发明的有益效果：
本发明采用非对称连续大变形挤压复合加工方法模具替代传统挤压方法，在变形镁合金板材成型方面上取得较好的效果。实现变形镁合金的多道次连续塑性大变形，可缩短流程，积累足够的等效应变，得到晶粒细小，性能优异的镁合金薄板形件。
附图说明
图1是发明中加工模具的装配示意图；
图2是模具中可拆卸式模芯的结构示意图；
图3和图4是可拆卸式模芯的剖面图；
图5本发明方法步骤示意图。
图中，1、上模架，2、导套，3、挤压杆，4、固定板，5、弹簧，6、卸料板，7、导柱，8、坯料，9、凹模外圈，10、可拆卸式模芯，11、模具型腔，12、下模架，13、镦挤腔，14，挤压腔，15、成型通道孔。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明做进一步说明。这些实例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。
实施例1 Mg-1.5Zn-0.5Gd(wt.％)
1.组装模具；该模具由凸模和凹模组成；所述凸模由顶板和挤压杆3两部分构成，挤压杆3固定安装在上模架1上，顶板安装在凹模上，压在坯料8的上方；所述凹模由凹模外圈9和两个可拆卸式模芯10构成；凹模外圈9为中心加工有扁圆形通孔的圆台形结构，两个可拆卸式模芯10可拼合成一个扁圆柱安装在凹模外圈9中；拼合成的扁圆柱中间为模具型腔11；
挤压杆3通过螺栓固定在上模架1下方，固定板4通过螺栓固定在上模架1下方，弹簧5通过螺栓固定在固定板4和卸料板6之间，可拆卸式模芯10装在凹模外圈9内，凹模外圈9通过法兰固定在下模架12上，上模架1和下模架12之间通过导套2和导柱7进行定位，模具型腔11挤出段出口与下模座12的开口相对，模具型腔11的中心轴线与下模座12的中心轴线重合。
2.在模具型腔内均匀喷涂润滑剂；所述的润滑剂为为玻璃、石墨或铝粉润滑剂；
3.将亚快速凝固浇注成型的多元少量镁合金坯料放入可拆卸式模芯10的模具型腔中，通过外置加热炉加热至250℃；模具型腔包括镦挤腔13和挤压腔14；镦挤腔13设置在模具型腔的上部，横截面为矩形；挤压腔14设置在镦挤腔13下方，横截面也为矩形，但宽度小于镦挤腔13，挤压腔14和镦挤腔13之间通过切角平滑过渡；成型通道孔15设置在挤压腔14下方，成型通道孔15横截面矩形，成型通道孔15的宽度和厚度均小于挤压腔14；
4.将加热后的坯料与可拆卸式模芯10一起放入凹模外圈9内，在挤压杆3恒定压力挤压下板形铸料依次经过镦挤腔13、挤压腔14，镦挤腔13内挤压杆3压力为200-450MPa，压下速度为15-30m/min；坯料进入挤压腔14后在恒定压力下从成型通道孔15中挤出得到镁合金薄板形件；挤压速度为2.5m/min，挤压比为20；镦挤腔13刃口方向和挤压腔14刃口方向相垂直；
5.挤压完成后，可对镁合金采取去应力退火工艺，在350℃保温2h，以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化。
6.进行深冷处理，在液氮温度下保温24h，深冷可有效地细化晶粒，析出第二相，在激冷和激热的作用下，合金内部产生内应力可产生亚晶，此外，细晶会与位错作用，阻碍位错运动，提高结构稳定性，提升力学性能。之后可进行较短时间的人工时效(165℃下时效1h)，深冷处理起到预时效的作用，在深冷处理后进行短时间的时效，可在保证塑性的前提下，进一步提升合金的强度。
性能测试结果如下表：
晶粒度 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/％
挤压前 80 126 186 12
挤压后 4.2 241 312 27.9
实施例2 Mg-4Zn-0.8Y-0.2Nd(wt.％)
本实施例中在外置加热炉中加热至300℃；使镁合金通过成型通道孔发生挤压变形，挤压速度为3m/min，挤压比为60，进行等速挤压。挤压成型后，对镁合金板材进行去应力退火，在250℃保温1h；再进行深冷处理，在液氮温度下保温24h；然后进行人工时效，在200℃下时效1h，进一步优化性能。
性能测试结果如下表：
晶粒度 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/％
挤压前 88 112 218 10.8
挤压后 5.0 252 308 24.6
实施例3 Mg-0.5Zn-0.3Ca-0.2Mn(wt.％)
本实施例中在外置加热炉中加热至300℃；使镁合金通过成型通道孔发生挤压变形，挤压速度为4m/min，挤压比为100，进行等速挤压。挤压成型后，对镁合金板材进行去应力退火，在300℃保温1h；再进行深冷处理，在液氮温度下保温24h；然后进行人工时效，在165℃下时效1h，进一步优化性能。
性能测试结果如下表：
晶粒度 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/％
挤压前 85 104 186 13
挤压后 4.7 243 320 20.2
。

Claims (3)

1.一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1).组装模具；该模具由凸模和凹模组成；所述凸模由顶板和挤压杆(3)两部分构成，挤压杆(3)固定安装在上模架(1)上，顶板安装在凹模上，压在坯料(8)的上方；所述凹模由凹模外圈(9)和两个可拆卸式模芯(10)构成；凹模外圈(9)为中心加工有扁圆形通孔的圆台形结构，两个可拆卸式模芯(10)可拼合成一个扁圆柱安装在凹模外圈(9)中；拼合成的扁圆柱中间为模具型腔(11)；
挤压杆(3)通过螺栓固定在上模架(1)下方，固定板(4)通过螺栓固定在上模架(1)下方，弹簧(5)通过螺栓固定在固定板(4)和卸料板(6)之间，可拆卸式模芯(10)装在凹模外圈(9)内，凹模外圈(9)通过法兰固定在下模架(12)上，上模架(1)和下模架(12)之间通过导套(2)和导柱(7)进行定位，模具型腔(11)挤出段出口与下模座(12)的开口相对，模具型腔(11)的中心轴线与下模座(12)的中心轴线重合。
2).在模具型腔内均匀喷涂润滑剂；所述的润滑剂为为玻璃、石墨或铝粉润滑剂；
3).将亚快速凝固浇注成型的多元少量镁合金坯料放入可拆卸式模芯(10)的模具型腔中，通过外置加热炉加热至200-450℃；模具型腔包括镦挤腔(13)和挤压腔(14)；镦挤腔(13)设置在模具型腔的上部，横截面为矩形；挤压腔(14)设置在镦挤腔(13)下方，横截面也为矩形，但宽度小于镦挤腔(13)，挤压腔(14)和镦挤腔(13)之间通过切角平滑过渡；成型通道孔(15)设置在挤压腔(14)下方，成型通道孔(15)横截面矩形，成型通道孔(15)的宽度和厚度均小于挤压腔(14)；
4).将加热后的坯料与可拆卸式模芯(10)一起放入凹模外圈(9)内，在挤压杆(3)恒定压力挤压下板形铸料依次经过镦挤腔(13)、挤压腔(14)，镦挤腔(13)内挤压杆(3)压力为200-450MPa，压下速度为15-30m/min；坯料进入挤压腔(14)后在恒定压力下从成型通道孔(15)中匀速挤出得到镁合金薄板形件；挤压速度为0.1-4m/min，挤压比为4-100；镦挤腔(13)刃口方向和挤压腔(14)刃口方向相垂直。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法，其特征在于，该方法还包括：
步骤5).在步骤4挤压完成后，可对镁合金采取去应力退火工艺，在150-400℃保温0.5-2h。
3.根据权利要求2所述的一种镁合金连续变截面大变形挤压加工成型方法，其特征在于，该方法还包括：
步骤6).在步骤5完成后进行深冷处理，在液氮温度下保温24h，之后可进行较短时间的人工时效，即在150-200℃时效1-2h。
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