CN112090977A - 一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置、加工方法及产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有色金属及塑性加工领域，具体涉及一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置、加工方法及产品，包括凹模、左凸模和右凸模，凹模是由第一半模和第二半模组成，凹模内设有凹模通道，凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道组成，且各通道之间直接相通，凹模的外壁设有加热装置，左凸模设置于凹模通道左侧的方体通道内，右凸模设置于凹模通道右侧的圆柱体通道内。本发明的挤压装置结构简单、成本低及生产效率高，镁合金坯料通过在三种不同形状的通道中往复挤压变形，不断累积应变、改变挤压镁合金的截面积和形状，使镁合金内部的质点分布的更加均匀弥散，产生均匀应变，细化晶粒，弱化织构，提高镁合金综合力学性能。

Description

一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置、加工方法及 产品

技术领域

本发明涉及有色金属及塑性加工领域，具体涉及一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置、加工方法及产品。

背景技术

减重节能和保护环境是应用材料时首要考虑的问题，镁合金具有密度低、比强度和比刚度高等特点，在各个领域有着广泛的应用前景。但镁合金是密排六方晶体结构，独立滑移系少，无法满足Von-Mises准则所必备的5个独立滑移系的要求，导致其室温下塑性成形能力差，且绝对强度低，很大程度上限制了镁合金的应用。因此，制备高性能镁合金已成为研究热点。

传统的铸造镁合金已渐渐无法满足工业要求，通过挤压、锻造、轧制等工艺产生的变形镁合金具有更高的强度、更好的延展性。研究表明：通过晶粒细化和织构弱化，能有效提高镁合金的强度和塑性。但是镁合金在传统挤压后镁合金表现出较强的基面织构，这不利于提高镁合金的强度、塑性以及耐腐蚀性。镁合金一次挤压剧烈塑性变形后，内部容易引起应力集中，导致镁合金产生裂纹。往复挤压变形使镁合金坯料累积应变产生大塑性变形，反复发生动态再结晶，细化晶粒，且开启多种滑移系，从而提高镁合金的综合力学性能。挤压后样品仅为一种形状不能满足生产应用的多样性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，该挤压装置结构简单、成本低及生产效率高，适用于实际生产应用。

本发明的目的在于提供一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装加工的方法，镁合金坯料在三种不同形状的通道中往复挤压变形，通过不断累积应变、改变挤压镁合金的截面积和形状，使镁合金内部的质点分布的更加均匀弥散，产生均匀应变，细化晶粒，弱化织构，在提高镁合金综合力学性能的同时满足了形状的多样性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括凹模、左凸模和右凸模，所述凹模是由第一半模和第二半模组成，所述凹模内设有凹模通道，所述凹模通道由右侧方体通道、左侧圆柱体通道和中间缩颈过渡通道组成，且各通道之间直接相通，所述凹模的外壁设有加热装置，所述左凸模设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。更优选的，所述缩颈过渡通道为圆弧状，所述缩颈过渡通道与方体通道以及圆柱体通道直接相通；所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:1-2。

本发明中所设计的挤压装置具有结构简单、成本低，可以提高了生产效率、加工精度的优点，另外，易拆卸便于维修，在长时间挤压生产的情况下对左凸模和右凸模的磨损小；本发明通过采用一套模具往复挤压变形，实现了镁合金样品形状的变换，适用于多种零件生产应用，而且加工得到的镁合金因镁合金坯料在三种不同形状的通道中往复挤压变形，通过不断累积应变、改变挤压镁合金的截面积和形状，使镁合金内部的质点分布的更加均匀弥散，产生均匀应变，细化晶粒，弱化织构，在提高镁合金综合力学性能的同时满足了形状的多样性。

本发明还提供了一种用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，所述加工方法采用上述用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先将镁合金坯料放入温度为350-450℃的马弗炉中进行均匀化处理12-25h，取出坯料放入25℃的纯净水中水冷至室温；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模固定在卧式挤压机工作台上；

3)再将镁合金坯料放入温度为220-450℃的马弗炉中进行预热处理0.5-1h；

4)调整挤压装置外壁上加热装置的控制参数，使凹模的温度与镁合金坯料的预热温度保持一致；

5)将预热好的镁合金坯料放入凹模的圆柱体通道内，对右凸模施加压力使镁合金坯料通过缩颈过渡通道进入方体通道，调整左凸模的位置，使镁合金坯料与左凸模充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模施加压力使镁合金坯料通过缩颈过渡通道进入圆柱体通道，调整右凸模的位置，使镁合金坯料与右凸模充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

本发明中在加工镁合金的过程中利用往复挤压过程中横截面的变化，使镁合金产生一定的挤压比和镦粗比，晶粒被反复拔长破碎和分散，可产生多次动态再结晶，细化晶粒和弱化织构，提高镁合金的综合力学性能；而在挤压过程中圆柱体或方体镁合金样品往复通过缩颈过渡通道时，缩颈过渡通道逐渐减小，有利于制备超细晶组织；而步骤4)中在挤压变形过程中保持温度恒定，有效避免了因挤压温度升高而带来的晶粒长大；另外，将采用的凹模通道设置为上下对称的结构，有利于挤压镁合金各质点在往复挤压过程中均匀流动和变形；步骤7)中重复步骤5)和步骤6)的往复挤压可防止晶粒内部产生应力集中，避免产生裂纹、弯折等缺陷，而且多道次往复挤压可累积应变，形成均匀、细小的细晶组织。

优选的，步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模进行定位安装固定；所述润滑剂采用汽油、机油、石墨、玻璃、二硫化钼和植物油中的至少一种；更优选的，所述润滑剂是由汽油、石墨、玻璃和植物油按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8:0.8-1.2:0.1-0.5组成的混合物。

优选的，在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以0.1-4mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模和右凸模的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

优选的，步骤5)中以右凸模为主压力，使镁合金坯料通过缩颈过渡通道进入方体通道，以左凸模为背压力，调整其位置并使镁合金坯料填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道进入圆柱体通道，以右凸模为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

本发明中在挤压过程中使圆柱体或方体镁合金样品往复通过缩颈过渡通道时，缩颈过渡通道逐渐减小，有利于制备超细晶组织。

本发明的有益效果在于：本发明在加工镁合金的过程中利用往复挤压过程中横截面的变化，使镁合金产生一定的挤压比和镦粗比，晶粒被反复拔长破碎和分散，可产生多次动态再结晶，细化晶粒和弱化织构，提高镁合金的综合力学性能；而在挤压过程中圆柱体或方体镁合金样品往复通过缩颈过渡通道时，缩颈过渡通道逐渐减小，有利于制备超细晶组织；而在挤压变形过程中保持温度恒定，有效避免了因挤压温度升高而带来的晶粒长大；另外，将采用的凹模通道设置为上下对称的结构，有利于挤压镁合金各质点在往复挤压过程中均匀流动和变形；重复步骤5)和步骤6)的往复挤压可防止晶粒内部产生应力集中，避免产生裂纹、弯折等缺陷，而且多道次往复挤压可累积应变，形成均匀、细小的细晶组织。

本发明的一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，该挤压装置结构简单、成本低及生产效率高，适用于实际生产应用，并且采用在同一挤压装置中往复挤压变形，实现了镁合金样品形状的变换，适用于多种零件生产应用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明模具结构的剖面示意图；

图3为A-A向的剖面示意图；

图4为B-B向的剖面示意图；

图5为对镁合金产品进行挤压速度对成形行为影响的应力分布图；

图6为对镁合金产品进行挤压速度对成形行为影响的应变分布图；

图7为对镁合金产品进行挤压温度对成形行为影响的应力分布图；

图8为镁合金坯料在各道次圆形凸模挤压后的应力分布图；

图9为镁合金坯料在各道次方形凸模挤压后的应力分布图；

图10为镁合金坯料在各道次圆形凸模挤压后的应变分布图；

图11为镁合金坯料在各道次方形凸模挤压后的应变分布图；

图12-图18为镁合金坯料在反复挤压过程点追踪分布图。

附图标记为：1-左凸模、2-镁合金坯料、3-加热装置、4-凹模、5-右凸模和6-缩颈过渡通道。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-18对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括凹模4、左凸模1和右凸模5，所述凹模4是由第一半模和第二半模组成，所述凹模4内设有凹模通道，所述凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道6组成，且各通道之间直接相通，所述凹模4的外壁设有加热装置3，所述左凸模1设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模5设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。更优选的，所述缩颈过渡通道6为圆弧状，所述缩颈过渡通道6与方体通道以及圆柱体通道直接相通；所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:1。

所述用于制备高性能镁合金的往复挤压加工的方法，所述加工方法采用上述用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先将镁合金坯料2放入温度为350℃的马弗炉中进行均匀化处理12h，取出坯料放入25℃的纯净水中水冷至室温；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模4的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模4固定在卧式挤压机工作台上；

3)再将镁合金坯料2放入温度为220℃的马弗炉中进行预热处理0.5h；

4)调整挤压装置外壁上加热装置3的控制参数，使凹模4的温度与镁合金坯料2的预热温度保持一致；

5)将预热好的镁合金坯料2放入凹模4的圆柱体通道内，对右凸模5施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，调整左凸模1的位置，使镁合金坯料与左凸模1充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模1施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，调整右凸模5的位置，使镁合金坯料2与右凸模5充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

优选的，步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模4进行定位安装固定；所述润滑剂是由汽油、石墨、玻璃和植物油按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8:0.8-1.2:0.1-0.5组成的混合物。

在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以0.1mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模1和右凸模5的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

步骤5)中以右凸模5为主压力，使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，以左凸模1为背压力，调整其位置并使镁合金坯料2填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模1为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，以右凸模5为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

实施例2

一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括凹模4、左凸模1和右凸模5，所述凹模4是由第一半模和第二半模组成，所述凹模4内设有凹模通道，所述凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道6组成，且各通道之间直接相通，所述凹模4的外壁设有加热装置3，所述左凸模1设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模5设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。更优选的，所述缩颈过渡通道6为圆弧状，所述缩颈过渡通道6与方体通道以及圆柱体通道直接相通；所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:1.3。

所述用于制备高性能镁合金的往复挤压加工的方法，所述加工方法采用上述用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先将镁合金坯料2放入温度为375℃的马弗炉中进行均匀化处理15h，取出坯料放入25℃的纯净水中水冷至室温；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模4的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模4固定在卧式挤压机工作台上；

3)再将镁合金坯料2放入温度为280℃的马弗炉中进行预热处理0.6h；

4)调整挤压装置外壁上加热装置3的控制参数，使凹模4的温度与镁合金坯料2的预热温度保持一致；

5)将预热好的镁合金坯料2放入凹模4的圆柱体通道内，对右凸模5施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，调整左凸模1的位置，使镁合金坯料与左凸模1充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模1施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，调整右凸模5的位置，使镁合金坯料与右凸模5充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

优选的，步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模4进行定位安装固定；所述润滑剂是由汽油、石墨、玻璃和植物油按照重量比为0.7:0.5:0.9:0.2组成的混合物。

在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以1mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模1和右凸模5的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

步骤5)中以右凸模5为主压力，使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，以左凸模1为背压力，调整其位置并使镁合金坯料2填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模1为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，以右凸模5为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

实施例3

一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括凹模4、左凸模1和右凸模5，所述凹模4是由第一半模和第二半模组成，所述凹模4内设有凹模通道，所述凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道6组成，且各通道之间直接相通，所述凹模4的外壁设有加热装置3，所述左凸模1设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模5设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。更优选的，所述缩颈过渡通道6为圆弧状，所述缩颈过渡通道6与方体通道以及圆柱体通道直接相通；所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:1.5。

所述用于制备高性能镁合金的往复挤压加工的方法，所述加工方法采用上述用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先将镁合金坯料2放入温度为400℃的马弗炉中进行均匀化处理18h，取出坯料放入25℃的纯净水中水冷至室温；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模4的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模4固定在卧式挤压机工作台上；

3)再将镁合金坯料2放入温度为330℃的马弗炉中进行预热处理0.7h；

4)调整挤压装置外壁上加热装置3的控制参数，使凹模4的温度与镁合金坯料2的预热温度保持一致；

5)将预热好的镁合金坯料2放入凹模4的圆柱体通道内，对右凸模5施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，调整左凸模1的位置，使镁合金坯料与左凸模1充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模1施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，调整右凸模5的位置，使镁合金坯料与右凸模5充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

优选的，步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模4进行定位安装固定；所述润滑剂是由汽油、石墨、玻璃和植物油按照重量比为0.80.6:1.0:0.3组成的混合物。

在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以2mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模1和右凸模5的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

步骤5)中以右凸模5为主压力，使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，以左凸模1为背压力，调整其位置并使镁合金坯料2填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模1为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，以右凸模5为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

实施例4

一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括凹模4、左凸模1和右凸模5，所述凹模4是由第一半模和第二半模组成，所述凹模4内设有凹模通道，所述凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道6组成，且各通道之间直接相通，所述凹模4的外壁设有加热装置3，所述左凸模1设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模5设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。更优选的，所述缩颈过渡通道6为圆弧状，所述缩颈过渡通道6与方体通道以及圆柱体通道直接相通；所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:1.8。

所述用于制备高性能镁合金的往复挤压加工的方法，所述加工方法采用上述用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先将镁合金坯料2放入温度为425℃的马弗炉中进行均匀化处理21h，取出坯料放入25℃的纯净水中水冷至室温；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模4的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模4固定在卧式挤压机工作台上；

3)再将镁合金坯料2放入温度为390℃的马弗炉中进行预热处理0.9h；

4)调整挤压装置外壁上加热装置3的控制参数，使凹模4的温度与镁合金坯料2的预热温度保持一致；

5)将预热好的镁合金坯料2放入凹模4的圆柱体通道内，对右凸模5施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，调整左凸模1的位置，使镁合金坯料与左凸模1充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模1施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，调整右凸模5的位置，使镁合金坯料与右凸模5充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

优选的，步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模4进行定位安装固定；所述润滑剂是由汽油、石墨、玻璃和植物油按照重量比为0.9:0.7:1.1:0.4组成的混合物。

在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以4mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模1和右凸模5的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

步骤5)中以右凸模5为主压力，使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，以左凸模1为背压力，调整其位置并使镁合金坯料2填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模1为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，以右凸模5为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

实施例5

一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括凹模4、左凸模1和右凸模5，所述凹模4是由第一半模和第二半模组成，所述凹模4内设有凹模通道，所述凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道6组成，且各通道之间直接相通，所述凹模4的外壁设有加热装置3，所述左凸模1设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模5设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。更优选的，所述缩颈过渡通道6为圆弧状，所述缩颈过渡通道6与方体通道以及圆柱体通道直接相通；所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:2。

所述用于制备高性能镁合金的往复挤压加工的方法，所述加工方法采用上述用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先将镁合金坯料2放入温度为450℃的马弗炉中进行均匀化处理25h，取出坯料放入25℃的纯净水中水冷至室温；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模4的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模4固定在卧式挤压机工作台上；

3)再将镁合金坯料2放入温度为450℃的马弗炉中进行预热处理1h；

4)调整挤压装置外壁上加热装置3的控制参数，使凹模4的温度与镁合金坯料2的预热温度保持一致；

5)将预热好的镁合金坯料2放入凹模4的圆柱体通道内，对右凸模5施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，调整左凸模1的位置，使镁合金坯料与左凸模1充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模1施加压力使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，调整右凸模5的位置，使镁合金坯料与右凸模5充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

优选的，步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模4进行定位安装固定；所述润滑剂是由汽油、石墨、玻璃和植物油按照重量比为1.0:0.8:1.2:0.5组成的混合物。

在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以4mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模1和右凸模5的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

步骤5)中以右凸模5为主压力，使镁合金坯料2通过缩颈过渡通道6进入方体通道，以左凸模1为背压力，调整其位置并使镁合金坯料2填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模1为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道6进入圆柱体通道，以右凸模5为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

1、对具体实施例3中制得的镁合金产品进行挤压速度对成形行为的影响的测试，测试时控制温度为400℃，摩擦因数为0.3，分别采用挤压速度为1mm/s、2mm/s、3mm/s、4mm/s进行二道次挤压，应力分布如图5所示。由图5可以看出随着挤压速度的增加，其转角处的最大应力不断增加，当挤压速度为1mm/s时，应力值为90MPa；当挤压速度为2mm/s时，应力值为85MPa；当挤压速度为3mm/s时，应力值为182MPa；当挤压速度为4mm/s时，应力值为228MPa，不同挤压速度下的应力分布大致相同，但是高的挤压速度下会产生较大的应力。

控制温度为400℃，摩擦因数为0.3时，分别采用挤压速度为1mm/s、2mm/s、3mm/s、4mm/s进行二道次挤压，应变分布如图6所示，由图6可以看出随着挤压速度的增加，坯料的最大等效应变值增加不明显，但是高应变区域面积明显增大。当挤压速度为2mm/s，坯料的5.0-6.3mm/mm段的区域明显增大；当挤压速度为3mm/s，6.3-7.5mm/mm段的区域增大；当挤压速度为4mm/s，2.5-3.8mm/mm段的低应变区消失；不同挤压速度下的最大应变值基本相同，但是高的挤压速度下会使高应变区增大。

2、对具体实施例3中制得的镁合金产品进行挤压温度对成形行为的影响的测试，测试时控制挤压速度为1mm/s，摩擦系数为0.3，分别在300℃、350℃、400℃、450℃下进行二道次挤压变形，应力分布如图7所示。由图7可以看出在300℃时，坯料的最大应力为120MPa；在350℃时，坯料的最大应力为115MPa；在400℃时，坯料的最大应力为90MPa；在450℃时，坯料的最大应力为70MPa；随着挤压温度的升高，坯料的变形抗力下降，最大应力下降，高应力区域明显减少。

3、对具体实施例3中制得的镁合金产品进行反复挤压对成形行为的影响的测试，测试时控制下反复挤压的温度为400℃，速度为1mm/s。

31、镁合金坯料在各道次圆形凸模挤压后的应力分布图如图8所示。由图8中a)、b)、c)可以看出坯料在棱边和顶角处具有较大的应力值，其中第一道次顶角处应力为75MPa，第三道次顶角处应力为88MPa，第五道次顶角处应力为90MPa，另外，随着挤压次数的增多，在顶角处的应力值也会增大，但增大的不多，且应力较小，不会产生应力集中的现象，故此成形方法较为合理；图9为镁合金坯料在各道次方形凸模挤压后的应力分布图，由图9中a)、b)、c)可得坯料在转角处具有较大的应力值，第二道次转角处的应力值为90MPa，第四道次转角处的应力值为86MPa，第六道次转角处的应力值为88MPa，由方凸模、圆凸模挤压后各道次的应力分布可知，应力主要分布在棱和尖角处，但应力数值低不足以引起应力集中，故在此反复挤压过程中不会出现裂纹或变形现象。

32、镁合金坯料在各道次圆形凸模挤压后的应变分布图如图10所示。由图10中a)、b)、c)可知位于过渡通道的镁合金应变程度最大，其中第一道次挤压在过渡通道的应变为4.6，第三道次挤压在过渡通道的应变为9.5，第五道次挤压在过渡通道的应变为13.2；图11为镁合金坯料在各道次方形凸模挤压后的应变分布图，由图11中a)、b)、c)可知位于过渡通道的镁合金应变程度最大，其中第二道次挤压在过渡通道的应变为6.6，第四道次挤压在过渡通道的应变为10.6，第六道次挤压在过渡通道的应变为16。随着挤压次数的增加，镁合金的应变程度及应变区域不断增大，可有效的提高其动态再结晶程度，使晶粒充分细化并弱化织构，增加其综合力学性能，由此可知，在理想情况下随反复挤压道次的增加，其塑性、强度、硬度显著提升，为强化镁合金提供了重要的依据。

4、对具体实施例3中制得的镁合金产品进行点追踪来研究镁合金坯料的流动性，模拟反复挤压过程时，在坯料轴线上取14个点，进行点追踪处理。

图12所示为挤压前点分布图，如图13所示，经过一道次挤压，在轴线上竖直排列的点，变成围绕轴线无规则分布。图14所示为经过两道次挤压，这些点已经不围绕轴线分布，位置更无规律。经后续几道次挤压后，这些点已经弥散分布于坯料的各个位置。综上所述，金属充分流动，点的分布越分散，坯料内的变形越均匀，综合性能越好。

为了更深入的分析金属流动的均匀性，对点P5、P8、P14的移动轨迹进行研究。其中点P5挤压前位于圆柱体轴线偏下，经一道次挤压后偏离轴线，经两道次挤压后偏离轴线的程度加大，图15所示为经过三道次挤压后偏离程度进一步加大且向中部移动，图16所示为经过四道次挤压和图17所示为经过五道次挤压后，点P5的偏离程度继续增大，图18所示为经过六道次挤压后点P5移动到坯料的边缘处。点P8挤压前位于坯料的心部，经一道次挤压后移动到偏离轴线位置，经两道次挤压后偏离程度增大且向端部移动，经后续各道次挤压后移动到坯料上部边缘处；点P14挤压前位于坯料的顶部，经过一道次挤压后稍向下移动，经后续多道次挤压后移动到圆柱体坯料中心部位。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，其特征在于：包括凹模、左凸模和右凸模，所述凹模是由第一半模和第二半模组成，所述凹模内设有凹模通道，所述凹模通道由方体通道、圆柱体通道和缩颈过渡通道组成，且各通道之间直接相通，所述凹模的外壁设有加热装置，所述左凸模设置于所述凹模通道左侧的方体通道内，所述右凸模设置于所述凹模通道右侧的圆柱体通道内。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，其特征在于：所述缩颈过渡通道为圆弧状，所述缩颈过渡通道与方体通道以及圆柱体通道直接相通。

3.一种用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：所述加工方法采用权利要求1所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压装置，包括如下步骤：

1)首先对镁合金坯料进行均匀化处理；

2)将第一半模和第二半模进行组装，在凹模的腔内均匀涂抹润滑剂，将凹模固定在卧式挤压机工作台上；

3)再对镁合金坯料进行预热处理；

4)调整挤压装置外壁上加热装置的控制参数；

5)将预热好的镁合金坯料放入凹模的圆柱体通道内，对右凸模施加压力使镁合金坯料通过缩颈过渡通道进入方体通道，调整左凸模的位置，使镁合金坯料与左凸模充分接触，产生压力，填充方体通道；

6)接着对左凸模施加压力使镁合金坯料通过缩颈过渡通道进入圆柱体通道，调整右凸模的位置，使镁合金坯料与右凸模充分接触，产生压力，填充圆柱体通道；

7)重复步骤5)和步骤6)；

8)挤压完成取出镁合金样品即可。

4.根据权利要求1所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：所述凹模通道中控制方体通道的截面积与圆柱体通道的截面积之比为1:1-2。

5.根据权利要求3所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述镁合金坯料均匀化处理温度为350-450℃，处理时间为12-25h。

6.根据权利要求3所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：步骤2)中采用多个螺纹柱和销钉对凹模进行定位安装固定；所述润滑剂采用汽油、机油、石墨、玻璃、二硫化钼和植物油中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：步骤3)中，所述镁合金坯料在220-450℃的马弗炉中预热，预热保温时间为0.5-1h；步骤4)中，调整挤压装置外壁上加热装置的控制参数，使凹模的温度与镁合金坯料的预热温度保持一致。

8.根据权利要求3所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：在步骤5)和步骤6)中卧式挤压机的压头带动凸模以0.1-4mm/s的速度进行挤压；并调整左凸模和右凸模的位置，使镁合金在方体与圆柱体中体积相等。

9.根据权利要求3所述的用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法，其特征在于：步骤5)中以右凸模为主压力，使镁合金坯料通过缩颈过渡通道进入方体通道，以左凸模为背压力，调整其位置并使镁合金坯料填充满方体通道，镁合金逐渐变换形状，完成一道次挤压；步骤6)中以左凸模为主压力，使镁合金通过缩颈过渡通道进入圆柱体通道，以右凸模为背压力，调整凸模的位置并使镁合金填充满圆柱体通道，镁合金逐渐变换形状，完成二道次挤压。

10.一种高性能镁合金，其特征在于：所述高性能镁合金由权利要求3-9任意一项用于制备高性能镁合金的往复挤压加工方法制得。

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