CN110000322B - 一种大塑性变形制备高性能镁合金装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种大塑性变形制备高性能镁合金装置，包括结构相同的模具一和模具二，模具包括凸模、上凹模和下凹模，上凹模与下凹模之间水平设有长方体形状的挤压通道，且上凹模竖直贯穿设有凸模通道，凸模通道与挤压通道相通，且与凸模配合；模具一上凸模通道的宽度与模具二上挤压通道高度相等，模具二上凸模通道的宽度与模具一上挤压通道的高度相等；凸模通道、挤压通道的厚度均相等。本发明提供了一种大塑性变形制备高性能镁合金装置及制备方法，通过更换模具对镁合金进行反复镦挤不断累积应变，有望使镁合金各质点均匀产生转角剪切、膨胀和镦粗变形，最终可在形成均匀细晶组织的同时弱化织构，制备出高性能镁合金。

Description

一种大塑性变形制备高性能镁合金装置及制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工设备技术领域，具体为一种大塑性变形制备高性能镁合金装置及制备方法。

背景技术

镁及镁合金较为突出的优势是比强度、比刚度高，且是目前最轻的金属结构材料，在各个领域已被广泛的应用。但镁及镁合金是密排六方晶体结构，在冷态下的塑性加工性能较差。当前镁合金产品以铸件特别是压铸件为主，然而，铸造镁合金存在晶粒不均匀、粗大、力学性能差、易产生缺陷等缺点，极大的限制了镁合金的应用范围。

相关研究表明：挤压加工时镁合金坯料受到两向或三向压应力，镁合金表现出良好的塑性变形能力。既能有效地消除镁合金铸造时形成的疏松、孔洞和成分偏析等缺陷，同时使夹杂、第二相等破碎，更均匀地分布在基体中，又能有效的细化镁合金晶粒组织，从而提高镁合金的强度和塑形。等通道挤压使镁合金材料产生转角剪切变形，在一定的变形条件下，能够使镁合金开启非基面滑移系，产生动态再结晶，使其细化晶粒的同时弱化织构，进一步的提高镁合金的综合力学性能，扩大镁合金的应用范围。但是在传统挤压研究中却发现镁合金样品组织均匀性难以控制的现象，这不利于镁合金强度、塑性以及耐腐蚀性的提高。当镁合金进行反复自由锻造，由于晶粒受到较大变形会被反复镦粗拔长破碎和分散，改善镁合金中组织的形状，同时也能减少镁合金力学性能的各向异性。但自由锻造余量较大，镦粗变形具有一定的极限镦粗比，应注意控制每次锻造时的压下量，剧烈变形容易使镁合金发生折叠、裂纹等缺陷。由此，本发明开发了一种大塑性变形制备高性能镁合金装置及制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种大塑性变形制备高性能镁合金装置，通过更换模具反复镦挤镁合金不断累积应变，有望使镁合金材料各质点均匀产生转角剪切变形、膨胀变形和镦粗变形，可在形成均匀细晶组织的同时弱化织构，以提高镁合金材料的综合力学性能，制备高性能镁合金。

与次同时，还公开了一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种大塑性变形制备高性能镁合金装置，包括结构相同的模具一和模具二，所述模具一包括模具一凸模、模具一上凹模和模具一下凹模，模具一上凹模与模具一下凹模之间水平设有长方体形状的模具一挤压通道，且模具一凹模上竖直贯穿设有模具一凸模通道，所述模具一凸模通道与模具一挤压通道相通，且与模具一凸模配合；

所述模具二包括模具二凸模、模具二上凹模和模具二下凹模，模具二上凹模与模具二下凹模之间水平设有长方体形状的模具二挤压通道，且模具二上凹模竖直贯穿设有模具二凸模通道，所述模具二凸模通道与模具二挤压通道相通，且与模具二凸模配合；

所述模具一凸模通道的宽度与模具二挤压通道高度相等，模具二凸模通道的宽度与模具一挤压通道的高度相等；模具一凸模通道、模具二凸模通道、模具二挤压通道、模具一挤压通道的厚度均相等。

进一步的，所述模具一上凹模与模具一下凹模将模具一挤压通道平均分成上下两等份；所述模具二上凹模与模具二下凹模将模具二挤压通道平均分成上下两等份。

进一步的，所述模具一凸模通道与模具一挤压通道过渡处圆角为1～3mm；所述模具二凸模通道与模具二挤压通道过渡处圆角为1～3mm。

采用上述的一种大塑性变形制备高性能镁合金装置来制备高性能镁合金的方法，包括以下步骤：

步骤1、对镁合金坯料进行均匀化处理；

步骤2、将模具一的模具一上凹模和模具一下凹模进行定位组装成模具一凹模，对模具一凹模、模具一凸模预热，并在与模具一凹模型腔均匀涂抹润滑剂，将模具一凹模固定在挤压机工作台上；

步骤3、将均匀化处理的镁合金坯料预热，放入在已加热的模具一凹模中心处的模具一凸模通道中，将模具一凸模插装在模具一凸模通道内；

步骤4、挤压机的压头带动模具一凸模挤压镁合金坯料，使镁合金坯料正好填充模具一挤压通道，得到镁合金样品；

步骤5、将模具二的模具二上凹模和模具二下凹模进行定位组装成模具二凹模，对模具二凹模、模具二凸模预热，并在模具二凹模型腔均匀涂抹润滑剂，然后将模具二凹模固定在挤压机工作台上；

步骤6、取出步骤4中的镁合金样品预热，然后放入在已加热的模具二凹模中心处的模具二凸模通道中，然后将模具二凸模插装在模具二凸模通道内；

步骤7、挤压机的压头带动模具二凸模镦压镁合金样品，使镁合金样品正好填充模具二挤压通道，得到二道次镦挤镁合金样品；

步骤8、重复以上步骤2-7，反复镦挤，得到多道次镦挤镁合金样品。

进一步的，所述步骤1中镁合金坯料采用铸态的AZ31镁合金，均匀化处理温度为350～450℃，保温时间为12～25h。

进一步的，所述步骤2和步骤5中模具一和模具二的上凹模与下凹模用螺钉和销钉进行定位组装；模具一和模具二的凸模通道与挤压通道截面积比为0.5～2；将模具一和模具二的凸模和凹模加热温度为320℃～400℃，保温时间为1～2h。

进一步的，所述步骤2中润滑剂采用的是汽油、机油、石墨、玻璃、二硫化钼、植物油中的一种或几种。

进一步的，所述步骤3和步骤6中将镁合金加热至350℃～450℃，保温时间为20min～40min。

进一步的，所述步骤4和步骤7中挤压机的压头带动凸模向下运动速度为0.1～4mm/s，挤压力为300KN～1200KN。

本发明的有益效果：通过在两套不同的模具中反复镦挤镁合金，实现大塑性变形。模具型腔控制了镁合金镦挤变形量，变形过程中产生的拉应力较小，防止镁合金反复镦挤过程中发生弯折、裂纹等缺陷。反复镦挤过程中镁合金在径向和轴向反复的被缩短或伸长，镁合金不断的产生转角剪切变形、膨胀变形和镦粗变形，增加累积应变，内部产生大且均匀应变，发生多次动态再结晶，同时有效地消除铸造时形成的内部缺陷。镁合金加工余量少。最终可使镁合金晶粒组织均匀、细小，同时织构弱化，从而提高镁合金的综合力学性能，制备出高性能镁合金。

1、本发明中的挤压变形技术有利于充分发挥镁及镁合金材料的塑性变形能力，加工过程中镁合金始终处于两向或三向压应力状态，有利于使气孔、缩松和微裂纹的闭合。

2、本发明中反复镦挤过程模具型腔控制镁合金加工变形量，变形过程中产生的拉应力较小，且利用多道次镦挤使镁合金产生大的塑性变形，防止一次性产生剧烈的塑性变形引起镁合金样品裂纹、弯曲等缺陷。

3、本发明中反复镦挤前后镁合金样品截面发生变化，使镁合金在镦挤变形时产生一定的挤压比和镦粗比，同时镁合金发生转角剪切变形，开启非基面滑移系，发生动态再结晶，镁合金晶粒被镦粗拔长破碎和分散，有效细化晶粒及弱化织构。

4、本发明中反复镦挤变形加工方法可使镁合金样品各质点均匀受到转角剪切变形、膨胀变形和镦粗变形，随着挤压道次的增加，镁合金样品累积了大量均匀的应变，晶粒被反复镦粗拔长破碎和分散，进行了多次动态再结晶，进一步细化晶粒和弱化织构，提高镁合金的综合力学性能。

5、本发明中模具结构简单，操作方便，有望实现工业化生产及应用。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明模具一的主视结构示意图。

图3为本发明图2中A-A剖面结构示意图。

图4为本发明图2中B-B剖面结构示意图。

图5为本发明模具二主视结构示意图。

图6为本发明图5中C-C剖面结构示意图。

图7为本发明图5中D-D剖面结构示意图。

图8为本发明实例1在单道次挤压变形镁合金样品流动情况的有限元模拟图。

图9为本发明实例1在2道次镦挤变形镁合金样品流动情况的有限元模拟图。

图10为本发明实例3在不同道次镦挤变形镁合金样品有效应变图。

图11为本发明图10中镁合金样品截面应变值取区域示意图。

图12为本发明图10镁合金样品在图11中各点具体应变值曲线图。

图中所述文字标注表示为：1、模具一凸模；2、镁合金坯料；3、模具一上凹模；4、模具一下凹模；5、模具二凸模；6、镁合金样品；7、模具二上凹模；8、模具二下凹模；9、模具一凸模通道；10、模具一挤压通道；11、模具二凸模通道；12、模具二挤压通道。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-12所示，本发明的具体结构为：一种大塑性变形制备高性能镁合金装置，包括结构相同的模具一和模具二，所述模具一包括模具一凸模1、模具一上凹模3和模具一下凹模4，模具一上凹模3与模具一下凹模4之间水平设有长方体形状的模具一挤压通道10，且模具一上凹模3竖直贯穿设有模具一凸模通道9，所述模具一凸模通道9与模具一挤压通道10相通，且与模具一凸模1配合，使镁合金充满模具一挤压通道10时，模具一凸模1不能继续向下运动；

所述模具二包括模具二凸模5、模具二上凹模7和模具二下凹模8，模具二上凹模7与模具二下凹模8之间水平设有长方体形状的模具二挤压通道12，且模具二上凹模7竖直贯穿设有模具二凸模通道11，所述模具二凸模通道11与模具二挤压通道12相通，且与模具二凸模5配合，使镁合金充满模具二挤压通道12时，模具二凸模11不能继续向下运动；

所述模具一凸模通道9的宽度与模具二挤压通道12高度相等，模具二凸模通道11的宽度与模具一挤压通道10的高度相等；模具一凸模通道9、模具二凸模通道11、模具二挤压通道12、模具一挤压通道10的厚度均相等。

优选的，所述模具一上凹模3与模具一下凹模4将模具一挤压通道10平均分成上下两等份；所述模具二上凹模7与模具二下凹模8将模具二挤压通道12平均分成上下两等份。

优选的，所述模具一凸模通道9与模具一挤压通道10过渡处圆角为1～3mm；所述模具二凸模通道11与模具二挤压通道12过渡处圆角为1～3mm。

模具一中D₁、d₁、R₁、α₁、l₁、L₁的尺寸与模具二中对应D₂、d₂、R₂、α₂、l₂、L₂的尺寸相等，d为模具一与模具二上相等的边（即凸模通道的厚度），且保持初始坯料的体积略微大于挤压通道的体积。

具体使用时，分为以下几种实施例：

实施例1

一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，包括如下步骤：

步骤1、选取模具一挤压比为2的模具，根据模具尺寸选取对应的镁合金坯料尺寸为3mm*8.1mm*3mm，模具一挤压通道尺寸为3mm*8mm*3mm，将镁合金坯料放入到温度为400℃的马弗炉中保温18h，然后将其取出放入纯净水中水冷至室温；

步骤2、将模具一的模具一上凹模3和模具一下凹模4进行定位组装成模具一凹模，模具一凹模、模具一凸模1在400℃的马弗炉中保温1.5h，并在模具一凹模型腔内均匀涂抹润滑剂（74号汽缸油与粒度400目的石墨配制而成，74号汽缸油质量百分比为70%，石墨的质量百分比为30%），然后将模具一凹模固定在挤压机工作台上；

步骤3、将均匀化处理后的镁合金坯料预热，在450℃的马弗炉中保温30min后，放入在已加热的模具一凹模中心处的模具一凸模通道9中，然后将模具一凸模1插装在模具一凸模通道9内；

步骤4、挤压机的压头以4mm/s的速度挤压带动模具一凸模1挤压镁合金坯料，使镁合金坯料正好填充模具一挤压通道10，得到挤压1道次镁合金样品；

步骤5、将模具二的模具二上凹模7和模具二下凹模8进行定位组装成模具二凹模，将模具二凹模、模具二凸模5在400℃的马弗炉中保温1.5h，并在模具二凹模型腔内均匀涂抹润滑剂（74号汽缸油与粒度400目的石墨配制而成，74号汽缸油质量百分比为70%，石墨的质量百分比为30%），然后将模具二凹模固定在挤压机工作台上；

步骤6、取出步骤4中的镁合金样品预热，在450℃的马弗炉中保温30min后，放入在已加热的模具二凹模中心处的模具二凸模通道11中，然后将模具二凸模5插装在模具二凸模通道11内；

步骤7、挤压机的压头以4mm/s的速度均匀带动模具二凸模5挤压镁合金样品，使镁合金样品正好填充模具二挤压通道12，得到2道次镦挤镁合金样品；

步骤8、重复以上步骤2-5，每镦挤一次换模具，进行2次，得到多次镦挤镁合金样品。

实施例2

一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，包括如下步骤：

步骤1、选取模具一挤压比为1的模具，根据模具尺寸选取对应的镁合金坯料尺寸为6mm*6.1mm*6mm，模具一挤压通道尺寸为12mm*3mm*6mm，将镁合金坯料放入到温度为450℃的马弗炉中保温12h，然后将其取出放入纯净水中水冷至室温；

步骤2、将模具一的模具一上凹模3和模具一下凹模4进行定位组装成模具一凹模，将模具一凹模、模具一凸模1加热至320℃保温1h，并在模具一凹模型腔内均匀涂抹润滑剂（70％的74号汽缸油和30％的粒度400目的二硫化钼混合而成），然后将模具一凹模固定在挤压机工作台上；

步骤3、将均匀化处理后的镁合金坯料预热，在350℃的马弗炉中保温40min后，放入在已加热的模具一凹模中心处的模具一凸模通道9中，然后将模具一凸模1插装在模具一凸模通道9内；

步骤4、挤压机的压头以0.1mm/s的速度均匀带动模具一凸模1挤压镁合金坯料，使镁合金坯料正好填充模具一挤压通道10，得到镁合金样品；

步骤5、将模具二的模具二上凹模7和模具二下凹模8进行定位组装成模具二凹模，对模具二凹模、模具二凸模5加热至320℃保温1h，并在模具二凹模型腔内均匀涂抹润滑剂（70％的74号汽缸油和30％的粒度400目的二硫化钼混合而成），然后将模具二凹模固定在挤压机工作台上；

步骤6、取出步骤4中的镁合金样品预热，在350℃的马弗炉中保温40min后，放入在已加热的模具二凹模中心处的模具二凸模通道11中，然后将模具二凸模5插装在模具二凸模通道11内；

步骤7、挤压机的压头以0.1mm/s的速度均匀带动模具二凸模5挤压镁合金样品，使镁合金样品正好填充模具二挤压通道12，得到二道次镦挤镁合金样品；

步骤8、重复以上步骤2-7，每镦挤一次更换模具，进行4次，得到多次镦挤镁合金样品。

实施例3

一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，包括如下步骤：

步骤1、选取模具一挤压比为1.4的模具，根据模具尺寸选取对应的镁合金坯料尺寸8mm*13.6mm*7.5mm，模具一挤压通道尺寸为18mm*6mm*7.5mm，将镁合金坯料放入到温度为350℃的马弗炉中保温25h，然后将其取出放2入纯净水中水冷至室温；

步骤2、将模具一的模具一上凹模3和模具一下凹模4进行定位组装成模具一凹模，将模具一凹模、模具一凸模1预热，在370℃的马弗炉中保温2h，并在模具一凹模型腔均匀涂抹润滑剂（粒度为109~190μm的玻璃润滑剂），然后将模具一凹模固定在挤压机工作台上；

步骤3、将均匀化处理后的镁合金坯料加热至400℃保温20min后，放入在已加热的模具一凹模中心处的模具一凸模通道9中，然后将模具一凸模1插装在模具一凸模通道9内；

步骤4、挤压机的压头以1mm/s的速度带动模具一凸模1挤压镁合金坯料，使镁合金坯料正好填充模具一挤压通道10，得到镁合金样品；

步骤5、将模具二的模具二上凹模7和模具二下凹模8进行定位组装成模具二凹模，对模具二凹模、模具二凸模5加热370℃保温2h，并在模具二凹模型腔均匀涂抹润滑剂（粒度为109~190μm的玻璃润滑剂），然后将模具二凹模固定在挤压机工作台上；

步骤6、取出步骤4中的镁合金样品加热至400℃保温20min，然后放入在已加热的模具二凹模中心处的模具二凸模通道11中，然后将模具二凸模5插装在模具二凸模通道11内；

步骤7、挤压机的压头以1mm/s的速度带动模具二凸模5挤压镁合金样品，使镁合金样品正好填充模具二挤压通道12，得到2道次挤压镁合金样品；

步骤8、重复以上步骤2-7，每镦挤一次更换模具，进行8次，得到多次镦挤镁合金样品。

更具体地：对实例1进行了有限元模拟，模具一与模具二定义为刚体，镁合金定义为塑性体，进行网格划分为40000，最小网格为0.42，步长增量控制设置每步为0.14mm。根据有限元模拟分析结果得：

如图8所示，其为实例1单道次镦挤变形镁合金流动情况的有限元模拟图，从图中模拟结果可以看出，镁合金在凸模挤压的作用下发生变形，镦挤过程中各质点流速的大小和方向都发生了一定的变化。如图8（a）、（b）和（c）所示，在第1次挤压中，凸模通道内镁合金的流速近似于凸模向下移动速度，约为4mm/s，而挤压通道相交处受到的挤压，镁合金流动较小，从相交处向左右两边水平对称流动。随着挤压变形的增加，镁合金直接产生了转角剪切变形，因镁合金材料在挤压过程中截面积变小，使镁合金在挤压通道中流速加大。如8（d）所示，镁合金挤压变形到一定程度，由于模具的限制使镁合金在接触挤压通道底部和顶部时，镁合金具有向空型腔流动趋势，流速增加到最大直至充满挤压通道型腔。随着加工的进行，如图9所示，为实例1经过2道次镦挤变形镁合金样品流动情况的有限元模拟图。如图9（a）和（b）所示，镁合金在凸模挤压下发生变形，镦挤过程中各质点流速的大小和方向都发生了一定的变化，凸模通道内的镁合金的流速近似于凸模运动速度，约为4mm/s。由于镁合金进入凸模通道时的宽度比进入挤压通道时的高度要小，镁合金样品在距离上凹模近的顶部开始发生变形，向左右两边成鼓形流动且流动速度有所下降，镁合金样品发生了镦粗变形。如图9（c）所示，镁合金样品镦粗变形到一定程度，接着经过凸模通道与挤压通道过渡处，形成模具型腔具有转角特点，使镁合金产生转角剪切变形。如图9（d）所示，由于模具的限制使镁合金在接触底部和顶部时，接着在填充挤压通道的过程中进行膨胀流动，产生膨胀变形。从图8和图9中可以得出，反复镦挤变形实际上是转角剪切变形、镦粗变形和膨胀变形相结合的变形方法。通过反复镦挤能使镁合金样品各质点不规则流动，每一个位置都能得到充分的转角剪切变形，镦粗变形和膨胀变形，不断的累积应变，从而有望使镁合金样品各质点产生应变大且均匀变形，不断有效细化晶粒的同时弱化织构。

对实例3进行了有限元模拟，模具一与模具二定义为刚体，镁合金定义为塑性体，进行网格划分为20000，最小网格为0.30，步长增量控制设置每步为0.1mm。根据有限元模拟分析结果得：

图10为实例3有限元模拟镁合金样品有效应变图，图10（a）为2道次镦挤变形镁合金样品有效应变图，图10（b）为4道次镦挤变形镁合金样品有效应变图，图10（c）为6道次镦挤变形镁合金样品有效应变图，图10（d）为8道次镦挤变形镁合金样品有效应变图；为了更加具体的表现镁合金样品在反复镦挤过程中有效应变的均匀性程度，且由于反复镦挤变形在挤压方向的对称性，镁合金样品左右两边的塑性变形是等效的，所以取对称的其中一边进行取样，取样示意图如图11所示，在镁合金样品截面取5个区域(A、B、C、D、E)从中心到较边缘处取20个点，得到各点具体有效应变值，得到镁合金样品不同镦挤道次各位置取点具体应变值用图12表示，其中：图12（a）为2道次镦挤变形镁合金样品取样各点具体应变值图；图12（b）为4道次镦挤变形镁合金样品取样各点具体应变值图；图12（c）为6道次镦挤变形镁合金样品取样各点具体应变值图；图12（d）为8道次镦挤变形镁合金样品取样各点具体应变值图，同时也可大致分别求得镦挤2道次、4道次、6道次、8道次镁合金样品产生的平均应变值为1.8mm/mm、3.9mm/mm、5.5mm/mm和8mm/mm。

由实例3相关模拟数据可知，根据具体应变值大致2可求出不同镦挤道次下镁合金样品应变不均匀指数，如表1所示，镦挤2道次、4道次、6道次和8道次的应变不均匀指数分别为0.544、0.332、0.265、0.263。镦挤2道次与镦挤8道次镁合金样品的平均应变值由1.8增加到8，且应变不均匀指数由0.544减小到0.263，初始镦挤镁合金样品内部应变分布不均匀且应变值较小，镦挤道次增加后镁合金样品应变不断增大且变均匀。随着后续挤压道次的进行，累积总应变值逐渐增大，应变的分布逐渐均匀。如下表1所示：

表1 2道次、4道次、6道次和8道次镦挤变形镁合金样品应变不均匀指数

镦挤道次	2	4	6	8
					应变不均匀指数	0.544	0.332	0.265	0.263

说明在反复镦挤过程中，随着镦挤道次的增加，镁合金样品不断的进行转角剪切变形、镦粗变形和膨胀变形不断的累积应变量。同时镦挤前后镁合金样品截面产生变化，使镁合金在反复镦挤变形时产生一定的挤压比和镦粗比，多进行转角剪切变形，使镁合金能不断的开启非基面滑移，多次产生动态再结晶，能有效的细化晶粒的同时弱化织构，反复镦挤也可使镁合金晶粒被反复镦粗拔长破碎和分散，进一步的细化晶粒和弱化织构，提高镁合金综合力学性能。有限元模拟结果表明反复镦挤加工变形镁合金，可使镁合金样品受到相对均匀的剧烈塑性变形，通过反复镦挤，最终有望形成均匀细晶组织及织构弱化的高性能镁合金样品。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，所述方法采用大塑性变形制备高性能镁合金装置，所述大塑性变形制备高性能镁合金装置包括结构相同的模具一和模具二，其特征在于，所述模具一包括模具一凸模（1）、模具一上凹模（3）和模具一下凹模（4），模具一上凹模（3）与模具一下凹模（4）之间水平设有长方体形状的模具一挤压通道（10），且模具一上凹模（3）竖直贯穿设有模具一凸模通道（9），所述模具一凸模通道（9）与模具一挤压通道（10）相通，且与模具一凸模（1）配合；

所述模具二包括模具二凸模（5）、模具二上凹模（7）和模具二下凹模（8），模具二上凹模（7）与模具二下凹模（8）之间水平设有长方体形状的模具二挤压通道（12），且模具二上凹模（7）竖直贯穿设有模具二凸模通道（11），所述模具二凸模通道（11）与模具二挤压通道（12）相通，且与模具二凸模（5）配合；

所述模具一凸模通道（9）的宽度与模具二挤压通道（12）高度相等，模具二凸模通道（11）的宽度与模具一挤压通道（10）的高度相等；模具一凸模通道（9）、模具二凸模通道（11）、模具二挤压通道（12）、模具一挤压通道（10）的厚度均相等；

所述方法，包括以下步骤：

步骤1、对镁合金坯料进行均匀化处理；

步骤2、将模具一的模具一上凹模（3）和模具一下凹模（4）进行定位组装成模具一凹模，对模具一凹模、模具一凸模（1）预热，并在模具一凹模型腔均匀涂抹润滑剂，将模具一凹模固定在挤压机工作台上；

步骤3、将均匀化处理的镁合金坯料预热，放入在已加热的模具一凹模中心处的模具一凸模通道（9）中，将模具一凸模（1）插装在模具一凸模通道（9）内；

步骤4、挤压机的压头带动模具一凸模（1）挤压镁合金坯料，使镁合金坯料正好填充模具一挤压通道（10），得到镁合金样品；

步骤5、将模具二的模具二上凹模（7）和模具二下凹模（8）进行定位组装成模具二凹模，对模具二凹模、模具二凸模（5）预热，并在模具二凹模型腔均匀涂抹润滑剂，将模具二凹模固定在挤压机工作台上；

步骤6、取出步骤4中的镁合金样品预热，然后放入在已加热的模具二凹模中心处的模具二凸模通道（11）中，然后将模具二凸模（5）插装在模具二凸模通道（11）内；

步骤7、挤压机的压头带动模具二凸模（5）镦压镁合金样品，使镁合金样品正好填充模具二挤压通道（12），得到二道次镦挤镁合金样品；

步骤8、重复以上步骤2-7，反复镦挤，得到多道次镦挤镁合金样品；

所述步骤1中镁合金坯料采用铸态的AZ31镁合金，均匀化处理温度为350～450℃，保温时间为12～25h；

所述步骤2和步骤5中模具一和模具二的上凹模与下凹模用螺钉和销钉进行定位组装；模具一和模具二的凸模通道与挤压通道截面积比为0.5～2；模具一和模具二的凸模和凹模加热温度为320℃～400℃，保温时间为1～2h；

所述步骤3和步骤6中将镁合金加热至350℃～450℃，保温时间为20min～40min；

所述步骤4和步骤7中挤压机的压头带动凸模向下运动速度为0.1～4mm/s，挤压力为300KN～1200KN。

2.根据权利要求1所述的一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，其特征在于，所述模具一上凹模（3）与模具一下凹模（4）将模具一挤压通道（10）平均分成上下两等份；所述模具二上凹模（7）与模具二下凹模（8）将模具二挤压通道（12）平均分成上下两等份。

3.根据权利要求1所述的一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，其特征在于，所述模具一凸模通道（9）与模具一挤压通道（10）过渡处圆角为1～3mm；所述模具二凸模通道（11）与模具二挤压通道（12）过渡处圆角为1～3mm。

4.根据权利要求1所述的一种大塑性变形制备高性能镁合金的方法，其特征在于，所述步骤2中润滑剂采用的是汽油、机油、石墨、玻璃、二硫化钼、植物油中的一种或几种。

Images