CN1298452C - 镁合金丝材挤压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有色金属塑性成型技术领域，具体涉及一种镁合金丝材挤压方法，首先，将经表面处理后的被挤压镁合金坯料放在往复式挤压装置的大挤压桶、小挤压桶、第一半凹模和第二半凹模围成的模具型腔中，在保持温度为300℃～350℃的条件下，用压力机使被挤压镁合金坯料进行往复挤压过程，达到设计的挤压道次后，换成丝材连续挤压装置，使温度回升至300℃～350℃，挤压经往复挤压的镁合金坯料得到镁合金丝材。本发明的方法利用镁合金在往复挤压过程中坯料晶粒尺寸的细化，塑性得到提高的特点，再直接挤压成为细直径的丝材，挤压时压力低，操作方便，而且得到的镁合金丝材品质优良。
Description
技术领域
本发明属于有色金属塑性成型技术领域，涉及一种金属材料的挤压方法，具体涉及镁合金丝材的挤压方法。
背景技术
镁及镁合金具有低比重、高比强度和比刚度以及较低的原材料价格等显著优点，已成为现代汽车、电子、通信等行业的首选材料。生产各种镁合金的焊接产品需要大量的镁合金丝材制备的焊条或焊丝。一般地，焊丝在小批量生产时可用金属型铸造法生产，大批量生产时可由挤压成型制造。常规的金属型铸造法生产焊丝工序简单，成本小，但生产效率和工艺出品率低，焊丝容易出现气孔、夹渣等缺陷，焊丝的成分均匀性、合金元素的含量不易控制；由于镁挤压产品表面不光滑，易于出现裂纹，挤压通路易堵塞等，因此用常规挤压法生产镁合金焊丝难度很大，而且目前采用挤压法生产的焊丝均为变形镁合金系列。但是，随着镁合金的扩大应用，高合金含量多合金品种的镁合金逐渐多起来，焊接这些高合金含量的母材合金时，就希望得到同材质的高质量接头或焊补时得到同材质焊补，因此需要高合金含量的焊丝。
在大连理工大学金文中、刘黎明等著的《AZ61镁合金焊丝的成形工艺及性能的研究和进展》(《上海有色金属》2004年125卷11期P1-4)文章中，叙述了在400℃将φ44mm×(60～80)mm的AZ61镁合金坯料热挤压成φ3.0mm、φ1.6mm、φ1.2mm焊丝的技术；大连理工大学的董长富、刘黎明等著的《镁合金焊丝挤压成形过程挤压力的研究》(《塑性工程学报》2004年11卷13期P35-38)文章中，记载了在400℃将φ44mm×(60～80)mm的AZ31镁合金坯料热挤压成φ3.0mm、φ2.14mm、φ2.10mm、φ1.6mm、φ1.2mm焊丝的技术，并且已将此技术申请了国家专利保护，专利ZL03111456.3《镁合金丝连续挤压方法》(公开号1443609，公开日2003年9月24日)。但是这些技术在挤压时坯料和模具温度始终维持在400℃～450℃左右，镁合金为半固态，并且为防坯料熔断用氮气吹挤压模出口处，并要在合理的润滑剂等条件下，甚至需要采用热挤压与热拉拔的复合工艺条件下才能完成，对模具和挤压机的要求几近苛求，挤压成本极高，效率极低，且只能挤压合金含量较低的镁合金。由于上述的挤压工艺中镁合金处于半固态，对于高合金含量的镁合金，将发生相变并且热挤压坯料极易氧化，模具长期处于高温工作状态对模具寿命也是不利的，因此挤压成本相对较高，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金丝材的挤压方法，解决了现有挤压工艺上的不足，能够制备出高合金含量的镁合金丝材，而且挤压成本低，效率高。
本发明所采用的技术方案是，镁合金丝材挤压方法，首先将被挤压镁合金坯料放在往复式挤压装置内，按设计的道次往复挤压后，再换成丝材连续挤压装置，将被挤压镁合金坯料挤压成丝材，
往复式挤压装置包括大挤压桶和小挤压桶，两者之间设置有模腔和外形均为半圆形的第一半凹模和第二半凹模，大挤压桶、小挤压桶、第一半凹模和第二半凹模围成模具型腔，用于放置被挤压镁合金坯料，被挤压镁合金坯料两端分别放置有第一挤压杆和第二挤压杆，第一挤压杆和第二挤压杆与被挤压镁合金坯料之间分别垫有第一挤压垫和第二挤压垫，大挤压桶和小挤压桶的外壁分别缠绕有大挤压桶电阻加热体和小挤压桶电阻加热体，第一半凹模中插有测温热电偶；
丝材连续挤压装置包括大挤压桶，大挤压桶的下端设置有模腔和外形均为半圆形的第三半凹模和第四半凹模，第三半凹模和第四半凹模合模后的孔径为φ2mm～φ10mm，锥模腔倾角为100°～150°，大挤压桶和第三半凹模、第四半凹模围成模具型腔，用于放置被挤压镁合金坯料，被挤压镁合金坯料上放置第二挤压垫和第二挤压杆，第三半凹模和第四半凹模下面垫有U型挤压垫，大挤压桶的外壁缠绕大挤压桶电阻加热体，第三半凹模中插有测温热电偶；
该方法按以下步骤进行，
首先，用压力机将往复式挤压装置的第一半凹模和第二半凹模压入大挤压桶后，再压入小挤压桶进行合模，将经除锈除污后再涂上润滑脂的被挤压镁合金坯料装入大挤压桶、小挤压桶、第一半凹模和第二半凹模围成的模具型腔中；
接着给大挤压桶电阻加热体和小挤压桶电阻加热体通电，当达到300℃～350℃时保持此温度，启动压力机，压力机分别通过压第一挤压杆和第二挤压杆来使被挤压镁合金坯料在第一半凹模和第二半凹模之间被挤压变细、穿过第一半凹模和第二半凹模的另一端又被压缩镦粗来进行往复挤压过程；
达到设计的挤压道次后，取下小挤压桶电阻加热体、小挤压桶、第一挤压杆、第一挤压垫、测温热电偶、第一半凹模和第二半凹模，分别安装好第三半凹模、第四半凹模、测温热电偶，并在组装好的模具下垫上U型挤压垫，成为丝材连续挤压装置；
再给大挤压桶电阻加热体通电，当型腔的温度回升至300℃～350℃时，保持此温度，启动压力机，调节压力机压力，控制出丝速度，压力机压下第二挤压杆和第二挤压垫，被挤压镁合金坯料被压向下运动，经第三半凹模和第四半凹模中间的孔即被挤压成镁合金丝材。
本发明的特点还在于，出丝速度控制为0.5m/min～5m/min。
第三半凹模(13)和第四半凹模(14)采用热作模具钢4Cr5MoV1Si制作。
U型挤压垫(15)采用模具钢Cr12MoV制作。
本发明的方法利用镁合金在往复挤压过程中坯料晶粒尺寸的细化，塑性得到提高的特点，再直接挤压成为细直径的丝材，挤压时压力低，易于挤压，适用于各种压力机，出丝速度快，操作方便，并且高合金的镁合金在挤压过程中温度相对较低，只有300℃～350℃，镁合金不会发生相变，并在热挤压坯料过程中不会氧化，模具也能长期工作，因此挤压成本相对较低，效率较高。该方法制备得到的镁合金丝材品质优良，而且该方法也适用于挤压其它各种轻合金或难挤压的高合金丝材。
附图说明
图1是实现本发明方法的往复式挤压装置结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是实现本发明方法的丝材连续挤压装置示意图；
图4是图3的俯视图。
图中，1.小挤压桶电阻加热体，2.小挤压桶，3.第一挤压杆，4.第一挤压垫，5.测温热电偶，6.第一半凹模，7.大挤压桶，8.被挤压镁合金坯料，9.大挤压桶电阻加热体，10.第二挤压垫，11.第二挤压杆，12.第二半凹模，13.第三半凹模，14.第四半凹模，15.U型挤压垫，16.镁合金丝材。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1、图2是实现本发明方法的往复式挤压装置结构示意图。该装置包括大挤压桶7和小挤压桶2，两者之间设置有第一半凹模6和第二半凹模12，大挤压桶7、小挤压桶2、第一半凹模6和第二半凹模12围成模具型腔，当被挤压镁合金坯料8放入该型腔中，其两端分别放置第一挤压杆3和第二挤压杆11，第一挤压杆3和第二挤压杆11与被挤压镁合金坯料8之间分别垫有第一挤压垫4和第二挤压垫10，大挤压桶7和小挤压桶2的外壁分别缠绕大挤压桶电阻加热体9和小挤压桶电阻加热体1，第一半凹模6中插有测温热电偶5。第一半凹模6和第二半凹模12的模腔和外形均为半圆形，合模后第一半凹模6中心的半圆小孔与第二半凹模12的半圆小孔构成一个完整的圆孔，被挤压镁合金坯料8通过这个孔被挤压变细。
图3、图4是实现本发明方法的丝材连续挤压装置示意图。大挤压桶7和第三半凹模13、第四半凹模14围成模具型腔，被挤压镁合金坯料8放入该型腔中时，被挤压镁合金坯料8上放上第二挤压垫10和第二挤压杆11，该型腔的下面垫有U型挤压垫15，大挤压桶7的外壁缠绕大挤压桶电阻加热体9，第三半凹模13中插有测温热电偶5。第三半凹模13和第四半凹模14的模腔和外形也均为半圆形，合模后两者形成的中间孔径为φ2mm～φ10mm、锥模腔倾角为100°～150°，最后的精整段3mm～8mm，经往复挤压后的被挤压镁合金坯料8通过这个锥孔逐渐变细，最终通过最后的整形小孔被挤压成丝材。采用热作模具钢4Cr5MoV1Si制作第三半凹模13和第四半凹模14，采用模具钢Cr12MoV制作U型挤压垫15。
本发明的镁合金丝材挤压方法，按以下步骤进行：
首先，将图1所示的往复式挤压装置放在压力机上，用压力机将第一半凹模6和第二半凹模12压入大挤压桶7后，再压入小挤压桶2进行合模，将经加工并外表除锈除污后再涂上MoS2润滑脂的被挤压镁合金坯料8装入大挤压桶7、小挤压桶2、第一半凹模6和第二半凹模12围成的模具型腔中；
接着给大挤压桶电阻加热体9和小挤压桶电阻加热体1通电，通过测温热电偶5测量加热温度，当达到300℃～350℃时保持此温度，启动压力机，压力机分别通过压第一挤压杆3和第二挤压杆11来使被挤压镁合金坯料8在第一半凹模6和第二半凹模12之间被挤压变细、穿过第一半凹模6和第二半凹模12的另一端又被压缩镦粗来进行往复挤压过程，通过交互施加不同方向的压力，使被挤压镁合金坯料8反复挤压和镦粗，经设计的道次往复挤压后，使坯料产生揉搓作用，就可产生强烈的塑性变形，同时发生动态再结晶而使晶粒得到显著细化；
然后，取下小挤压桶电阻加热体1、小挤压桶2、第一挤压杆3、第一挤压垫4、测温热电偶5、第一半凹模6和第二半凹模12，分别安装好第三半凹模13、第四半凹模14、测温热电偶5，并在组装好的模具下垫上U型挤压垫15，成为图3、图4所示的装置；
再给大挤压桶电阻加热体9通电，通过测温热电偶5测量加热温度，当型腔的温度回升至300℃～350℃时，保持此温度，启动压力机，通过设定压力机的压力大小控制出丝速度，出丝速度控制在0.5m/min～5m/min范围内，压力机压下第二挤压杆11和第二挤压垫10，被挤压镁合金坯料8被压向下运动，经细晶化的被挤压镁合金坯料8经第三半凹模13和第四半凹模14中间的孔即被挤压成镁合金丝材16。
实施例
往复挤压AZ91D镁合金后连续挤压成φ5mm的镁合金丝材。
备料 将工业态AZ91D镁合金铸锭重新熔铸成直径比挤压筒内孔直径大1mm～2mm的圆柱形的铸锭，经去应力退火后再将该铸锭机加工成直径比挤压筒内孔直径小0.2mm的圆柱形的铸锭，去掉加工油污在侧壁及上表面涂上MoS2润滑脂；
首先，将往复式挤压装置放在压力机上，用压力机将第一半凹模6和第二半凹模12压入大挤压桶7后，再压入小挤压桶2进行合模，将上述处理过的被挤压AZ91D镁合金铸锭8装入大挤压桶7、小挤压桶2、第一半凹模6和第二半凹模12围成的模具型腔中；
接着给小挤压桶电阻加热体1和大挤压桶电阻加热体9通电，由测温热电偶5测得的温度达到300℃时保持此温度，启动压力机，压力机分别通过压第一挤压杆3和第二挤压杆11来使被挤压AZ91D镁合金铸锭8在第一半凹模6和第二半凹模12之间被挤压变细、穿过第一半凹模6和第二半凹模12的另一端又被压缩镦粗来进行往复挤压过程，此过程中始终保持300℃的温度，经往复挤压6道次后，被挤压AZ91D镁合金铸锭8的晶粒得到显著细化；
然后，取下小挤压桶电阻加热体1、小挤压桶2、第一挤压杆3、第一挤压垫4、测温热电偶5、第一半凹模6和第二半凹模12，分别安装好第三半凹模13、第四半凹模14、测温热电偶5，并在组装好的模具下垫上U型挤压垫15，第三半凹模13、第四半凹模14围成的孔径为φ5mm，锥模腔倾角为100°；
再给大挤压桶的电阻加热体9通电，当温度回升至300℃时，启动压力机，设定压力机的压力大小5～8MPa，使出丝速度为5m/min，压力机压下第二挤压杆11，第二挤压垫10压着被挤压AZ91D镁合金铸锭8向下运动，被挤压AZ91D镁合金铸锭8经第三半凹模13和第四半凹模14中间的孔即被挤压成φ5mm的镁合金丝材16。
本发明的方法思路新颖，由于采用300℃～350℃温度范围挤压，该温度不会使高合金含量的镁合金在热挤压过程中发生组织相变，同时，采用热作模具钢4Cr5MoV1Si制作的第三半凹模13和第四半凹模14也可以在该温度范围长期工作，该方法制备的丝材表面光洁无裂纹，内部组织致密，而且操作方便，生产效率高。
本发明适合于各种轻合金或难挤压合金的挤压，尤其适合于镁合金的挤压，能得到φ2mm～φ10mm的丝材。
Claims (4)
1.一种镁合金丝材挤压方法，首先将被挤压镁合金坯料(8)放在往复式挤压装置内，按设计的道次往复挤压后，再换成丝材连续挤压装置，将被挤压镁合金坯料(8)挤压成丝材，
所述往复式挤压装置包括大挤压桶(7)和小挤压桶(2)，两者之间设置有模腔和外形均为半圆形的第一半凹模(6)和第二半凹模(12)，大挤压桶(7)、小挤压桶(2)、第一半凹模(6)和第二半凹模(12)围成模具型腔，用于放置被挤压镁合金坯料(8)，被挤压镁合金坯料(8)两端分别放置有第一挤压杆(3)和第二挤压杆(11)，第一挤压杆(3)和第二挤压杆(11)与被挤压镁合金坯料(8)之间分别垫有第一挤压垫(4)和第二挤压垫(10)，大挤压桶(7)和小挤压桶(2)的外壁分别缠绕有大挤压桶电阻加热体(9)和小挤压桶电阻加热体(1)，第一半凹模(6)中插有测温热电偶(5)；
所述丝材连续挤压装置包括大挤压桶(7)，大挤压桶(7)的下端设置有模腔和外形均为半圆形的第三半凹模(13)和第四半凹模(14)，第三半凹模(13)和第四半凹模(14)合模后的孔径为ф2 mm～ф10mm，锥模腔倾角为100°～150°，大挤压桶(7)和第三半凹模(13)、第四半凹模(14)围成模具型腔，用于放置被挤压镁合金坯料(8)，被挤压镁合金坯料(8)上放置第二挤压垫(10)和第二挤压杆(11)，第三半凹模(13)和第四半凹模(14)下面垫有U型挤压垫(15)，大挤压桶(7)的外壁缠绕大挤压桶电阻加热体(9)，第三半凹模(13)中插有测温热电偶(5)；
其特征在于，该方法按以下步骤进行，
首先，用压力机将往复式挤压装置的第一半凹模(6)和第二半凹模(12)压入大挤压桶(7)后，再压入小挤压桶(2)进行合模，将经除锈除污后再涂上润滑脂的被挤压镁合金坯料(8)装入大挤压桶(7)、小挤压桶(2)、第一半凹模(6)和第二半凹模(12)围成的模具型腔中；
接着给大挤压桶电阻加热体(9)和小挤压桶电阻加热体(1)通电，当达到300℃～350℃时保持此温度，启动压力机，压力机分别通过压第一挤压杆(3)和第二挤压杆(11)来使被挤压镁合金坯料(8)在第一半凹模(6)和第二半凹模(12)之间被挤压变细、穿过第一半凹模(6)和第二半凹模(12)的另一端又被压缩镦粗来进行往复挤压过程；
达到设计的挤压道次后，取下小挤压桶电阻加热体(1)、小挤压桶(2)、第一挤压杆(3)、第一挤压垫(4)、测温热电偶(5)、第一半凹模(6)和第二半凹模(12)，分别安装好第三半凹模(13)、第四半凹模(14)、测温热电偶(5)，并在组装好的模具下垫上U型挤压垫(15)，成为丝材连续挤压装置；
再给大挤压桶电阻加热体(9)通电，当型腔的温度回升至300℃～350℃时，保持此温度，启动压力机，调节压力机压力，控制出丝速度，压力机压下第二挤压杆(11)和第二挤压垫(10)，被挤压镁合金坯料(8)被压向下运动，经第三半凹模(13)和第四半凹模(14)中间的孔即被挤压成镁合金丝材(16)。
2.按照权利要求1所述的挤压方法，其特征在于，所述出丝速度控制为0.5m/min～5m/min。
3.按照权利要求1所述的挤压方法，其特征在于，所述第三半凹模(13)和第四半凹模(14)采用热作模具钢4Cr5MoV1Si制作。
4.按照权利要求1所述的挤压方法，其特征在于，所述U型挤压垫(15)采用模具钢Cr12MoV制作。
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