CN109675948A - 一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，属于材料成型技术领域。本发明为了解决现有大塑性变形方法制备超细晶材料工序复杂，工艺要求较高的问题。本发明专利的技术要点是：由一个转角挤压通道和多级挤压通道构成，各级挤压通道的横截面均不相同，通道出口连接轧制机前台，将挤压坯料自轧机前台喂入，将上轧辊压下至设定尺寸，材料在轧辊的旋转带动下拽入轧制区域，进行轧制变形，轧制到要求设计的尺寸。本发明是一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，用于制备超细晶材料，同时提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，属于材料成型技术领域。
背景技术
高性能材料是支撑航空航天、交通运输、汽车制造等领域的基础，而具有超乎寻常的力学性能及物理性能的细晶粒金属材料成为发展高性能材料的重要方向之一。现有制备超细晶粒金属材料方法主要包括等通道转角挤压、往复墩挤、累积叠扎、反复墩压等。中国发明专利公开号CN 1709605A，提出制备超细晶材料的U型等通道反复挤压装置，该专利采用连续两次等通道挤压实现制备超细晶材料的目的，此外，在公开号分别为CN101259493、CN1709605、CN2757953、CN2757954、CN2768921的中国发明专利申请者提出的制备超细晶材料所用的L型、U型、C型、S型转角往复挤压模具和反复墩粗挤压模具仅仅是ECAP方法的简单形式改进，并无实质性的工业创新和解决生产问题。为了解决这些问题，国内外研究提出了很多改进方法，如旋转模具ECAP、等径角轧制等方法（中国有色金属学报，2010，20（40）：587），但上述ECAP改进技术不仅所需工程力大而且对设备要求高。因此，探究和应用多种成型方法于一体的累积变形装置来制备高性能材料具有重要意义。
发明内容
一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法包括冲头、转角挤压通道、小截面扭挤通道、大截面矩形通道、小截面正挤压一级六边形通道、小截面正挤压二级矩形通道和模套、上轧辊、下轧辊。
变形通道凹模安装在模套内，变形通道凹模设有通道入口和通道出口、冲头安装在通道入口处、转角挤压通道安装在变形通道凹模内、转角挤压通道的一端与通道入口相连通，另一端通过小截面扭挤通道、大截面矩形通道与小截面正挤压一级六边形通道和小截面正挤压二级矩形通道相连通、小截面正挤压二级矩形通道与通道出口相连通，挤出坯料与上轧辊和下轧辊相连通。
所述挤压和轧制前制备材料步骤：1.将镁合金原锭在680-720℃之间熔化；2.将熔化的金属液在680-720℃之间铸造成镁合金实心圆铸锭，自然冷却至室温。3.圆铸锭加工成圆柱状，在410℃进行24小时均匀化处理，提高其成型性能。4.将热处理后的铸锭加热到300-400℃进行挤压和轧制。
进一步地：模套的上端面上圆周分布有多个加热孔，变形通道凹模和模套侧壁上设有热电偶测温孔。
根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：大截面矩形通道的横截面呈矩形、六边形或八边形，小截面正挤压一级六边形。
进一步地：变形通道凹模由两个半模拼装而成。
进一步地：变形通道凹模由两个半模拼装而成，变形通道凹模呈倒立圆台状。
进一步地：每一个轧制行程开始前，上轧辊首先压下至设定的尺寸。
基于一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，包括以下步骤：
步骤一、1.将镁合金原锭在680-720℃之间熔化；
2.将熔化的金属液在680-720℃之间铸造成镁合金实心圆铸锭，自然冷却至室温。3.圆铸锭加工成圆柱状，在410℃进行24小时均匀化处理，提高其成型性能。4.将热处理后的铸锭加热到300-400℃进行挤压和轧制。
步骤二、冲头（1）下行施载，坯料（2）在冲头（1）的作用下进入等通道转角挤压通道（3）内发生剪切变形；
步骤三、冲头（1）继续下行，坯料（2）进入小截面扭挤通道（4），坯料（2）在小截面扭挤通道（4）内发生挤扭变形；
步骤四、冲头（1）继续下行，坯料（2）进入大截面矩形通道（5），坯料（2）在大截面矩形通道（5）内发生挤压变形；
步骤五、随着挤压变形过程的进行，坯料（2）进入小截面正挤压一级六边形通道（6），在小截面正挤压一级六边形通道（6）内产生挤压变形；
步骤六、随着挤压变形过程的进行，坯料（2）进入小截面正挤压二级矩形通道（7）内产生挤压变形；
步骤七、随着挤出过程的进行，坯料（2）在轧机前台喂入，将上轧辊（17）压下至设定尺寸，坯料（2）在轧辊的旋转带动下拽入轧制区域，进行轧制变形，即完成金属材料变通道与轧制复合成的成形零件（8）；
本发明所达到的效果为：
一、本发明将变通道挤压与轧制两种塑性变形技术同时进行，相比于传统的分别采用单独的加工装置进行加工，增加坯料加工的连续性，提高效率。
二、本发明由扭挤通道、正挤压通道、轧制构成，减少了循环加工的不连续性。
三、一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置，在合理参数范围内，可灵活更换变通道凹模芯模从而使高能材料晶粒细化，改善变形织构，提高制件强度和力学性能。
四、本发明通过不同截面的通道实现一次挤压多次成型，通过挤压和轧制，使坯料处于三向压应力状态，不仅提高材料的累积应变量而且提高材料细化晶粒的能力。
附图说明
图1是本发明所述的一种变通道与轧制复合成型装置及方法的结构示意图；
图2是各变形通道的截面示意图；
图中1-冲头、2-坯料、3-转角挤压通道、4-小截面扭挤通道、5-大截面六边形通道、6-小截面正挤压一级矩形通道、7-小截面正挤压二级矩形通道、8-变通道挤压和轧制成型零件9-变形通道凹模、10-加热孔、11-测温孔12-模套、17-上轧辊、18-下轧辊。
下面根据附图详细阐明本发明的实施方式。
具体实施方式一，如图1至图2所示，本发明所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置，包括冲头1、转角挤压通道3、小截面扭挤通道4、大截面六边形通道5、小截面正挤压一级矩形通道6、小截面正挤压二级矩形通道7和模套12、上轧辊17、下轧辊18；
所述变形通道凹模9安装在模套12内，变形通道凹模9设有通道入口和通道出口、冲头1安装在通道入口处、转角挤压通道3安装在变形通道凹模9内、转角挤压通道3的一端与通道入口相连通，另一端通过小截面扭挤通道4大截面矩形通道5与小截面正挤压一级六边形通道6和小截面正挤压二级矩形通道7相连通、小截面正挤压二级矩形通道7与通道出口相连通，挤出坯料8与上轧辊17和下轧辊18相连通；
所述挤压和轧制前制备材料步骤：1.将镁合金原锭在680-720℃之间熔化；2.将熔化的金属液在680-720℃之间铸造成镁合金实心圆铸锭，自然冷却至室温。3.圆铸锭加工成圆柱状，在410℃进行24小时均匀化处理，提高其成型性能。4.将热处理后的铸锭加热到300-400℃进行挤压和轧制。
进一步地：模套的上端面上圆周分布有多个加热孔，变形通道凹模和模套侧壁上设有热电偶测温孔。
根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：大截面矩形通道的横截面呈矩形、六边形或八边形，小截面正挤压一级六边形。
进一步地：变形通道凹模由两个半模拼装而成。
进一步地：变形通道凹模由两个半模拼装而成，变形通道凹模呈倒立圆台状。
进一步地：每一个轧制行程开始前，上轧辊首先压下至设定的尺寸。
具体实施方式二，基于一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，包括以下步骤：
步骤一、1.将镁合金原锭在680-720℃之间熔化；
2.将熔化的金属液在680-720℃之间铸造成镁合金实心圆铸锭，自然冷却至室温。3.圆铸锭加工成圆柱状，在410℃进行24小时均匀化处理，提高其成型性能。4.将热处理后的铸锭加热到300-400℃进行挤压和轧制。
步骤二、冲头1下行施载，坯料2在冲头1的作用下进入等通道转角挤压通道3内，发生剪切变形；
步骤三、冲头1继续下行，坯料2进入小截面扭挤通道4，坯料2在小截面扭挤通道4内发生挤扭变形；
步骤四、冲头1继续下行，坯料2进入大截面矩形通道5，坯料2在大截面矩形通道5内发生挤压变形；
步骤五、随着挤压变形过程的进行，坯料2进入小截面正挤压一级六边形通道6，在小截面正挤压一级六边形通道6内产生挤压变形；
步骤六、随着挤压变形过程的进行，坯料2进入小截面正挤压二级矩形通道7内产生挤压变形；
步骤七、随着挤出过程的进行，坯料2在轧机前台喂入，将上轧辊17压下至设定尺寸，坯料2在轧辊的旋转带动下拽入轧制区域，进行轧制变形，即完成金属材料变通道与轧制复合成的成形零件8。
具体实施方式三、如图1和图2所示本实施方式中大截面六边形通道5的通道横截面呈矩形、六边形或八边形；小截面正挤压一级矩形通道6的通道横截面呈矩形、六边形或八边形；其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本发明将变通道挤压与轧制两种塑性变形技术同时进行，相比于传统的分别采用单独的加工装置进行加工，增加坯料加工的连续性，提高效率，本发明由扭挤通道、正挤压通道、轧制构成，减少了循环加工的不连续性。一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置，在合理参数范围内，可灵活更换变通道凹模芯模从而使高能材料晶粒细化，改善变形织构，提高制件强度和力学性能，本发明通过不同截面的通道实现一次挤压多次成型，通过挤压和轧制，使坯料处于三向压应力状态，不仅提高材料的累积应变量而且提高材料细化晶粒的能力。
Claims (6)
1.一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：包括冲头（1）、转角挤压通道（3）、小截面扭挤通道（4）大截面矩形通道（5）、小截面正挤压一级六边形通道（6）、小截面正挤压二级矩形通道（7）和模套（12）、上轧辊（17）、下轧辊（18）；在挤压和轧制前对制备进行制备；
所述变形通道凹模（9）安装在模套（12）内，变形通道凹模（9）设有通道入口和通道出口、冲头（1）安装在通道入口处、转角挤压通道（3）安装在变形通道凹模（9）内、转角挤压通道（3）的一端与通道入口相连通，另一端通过小截面扭挤通道（4）大截面矩形通道（5）与小截面正挤压一级六边形通道（6）和小截面正挤压二级矩形通道（7）相连通、小截面正挤压二级矩形通道（7）与通道出口相连通，挤出坯料（8）与上轧辊（17）和下轧辊（18）相连通；
所述挤压和轧制前制备材料步骤：1.将镁合金原锭在680-720℃之间熔化；2.将熔化的金属液在680-720℃之间铸造成镁合金实心圆铸锭，自然冷却至室温；3.圆铸锭加工成圆柱状，在410℃进行24小时均匀化处理，提高其成型性能；4将热处理后的铸锭加热到300-400℃进行挤压和轧制。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：所述模套（12）的上端面上圆周分布有多个加热孔（10），变形通道凹模（9）和模套（12）侧壁上设有热电偶测温孔（11）。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：大截面矩形通道的横截面呈矩形、六边形或八边形，小截面正挤压一级六边形通道的横截面呈矩形、六边形或八边形。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：变形通道凹模（9）由两个半模拼装而成，变形通道凹模（9）呈倒立圆台状。
5.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：每一个轧制行程开始前，上轧辊首先压下至设定的尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性镁合金变通道挤压与轧制复合成型装置及方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一、1.将镁合金原锭在680-720℃之间熔化；
2.将熔化的金属液在680-720℃之间铸造成镁合金实心圆铸锭，自然冷却至室温；
3.圆铸锭加工成圆柱状，在410℃进行24小时均匀化处理，提高其成型性能；
4.将热处理后的铸锭加热到300-400℃进行挤压和轧制；
步骤二、冲头（1）下行施载，坯料（2）在冲头（1）的作用下进入等通道转角挤压通道（3）内，发生剪切变形；
步骤三、冲头（1）继续下行，坯料（2）进入小截面扭挤通道（4）内，坯料（2）在小截面扭挤通道（4）内发生挤扭变形；
步骤四、冲头（1）继续下行，坯料（2）进入大截面矩形通道（5）内，坯料（2）在大截面矩形通道（5）内发生挤压变形；
步骤五、随着挤压变形过程的进行，坯料（2）进入小截面正挤压一级六边形通道（6）内，坯料（2）在小截面正挤压一级六边形通道（6）内产生挤压变形；
步骤六、随着挤压变形过程的进行，坯料（2）进入小截面正挤压二级矩形通道（7）内产生挤压变形；
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190426 |