等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备及方法技术

本发明专利技术涉及镁合金制备设备及方法，具体为等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备及方法，解决目前缺乏制备高性能镁合金的设备和方法的问题，方案：设备包括安装在立式液压机工作平台上的挤压模具，凹模上开有贯通的型腔，型腔上部为正多面体棱柱状，下部为与上部型腔对应的螺旋棱柱状，下口部设有正多面体棱柱状卡口，凹模外套有加热套。方法：将坯料切割、打磨、清洗、预热，将模具预热，坯料表面涂抹润滑剂，置入坯料共同预热，多道次螺旋挤压制得成料，期间旋转对角角度。优点：1、模具制造简便，制备方法简单，成本低；2、晶粒细化，基面织构弱化，强度和塑性性能大幅提高。

Equipment and method for preparing high performance magnesium alloy by equal channel rotary extrusion

The invention relates to a device and method for preparing magnesium alloy, which is a device and a method for preparing a high performance magnesium alloy by an equal channel spiral extrusion, and solves the problem of the lack of equipment and methods for preparing high performance magnesium alloys. The upper part of the cavity is a positive polyhedral prism, and the lower part is a spiral prism corresponding to the upper cavity. The lower mouth has a positive polyhedral prismatic mouth, and the die jacket has a heating sleeve. Methods: the blanks are cut, grinding, cleaning and preheating, the mold is preheated, the surface of the billet is coated with lubricant, and the billet is preheated together with the common preheat, and the multi pass spiral extrusion is made. Advantages: 1. The mold is easy to manufacture, the preparation method is simple, and the cost is low. 2, grain refinement, base texture texture weakening, strength and plastic properties greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
等通道旋转挤压制备高性能镁合金的设备及方法
本专利技术涉及镁合金制备设备及方法，具体为等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备及方法。
技术介绍
镁合金由于其较小的密度、高的比强度和比刚度、易切削加工等优良特点在汽车、3C电子、交通运输、航空航天以及国防军事领域等广泛应用，被誉为“21世纪的绿色能源材料”。然而由于其典型的密排六方结构，室温条件下仅有两个独立的滑移系，满足不了米塞斯屈服准则塑性变形要求的五个滑移系，因而表现出较差的塑性和强度。同时镁合金在加工过程中往往会形成形变织构，织构的出现导致其表现出较强的各向异性及拉压不对称现象，严重限制了镁合金的产业化应用。晶粒细化能够显著提高金属材料性能，其不仅能够提高材料的强度的同时增强材料塑性，成为制备高性能镁合金的主要手段之一，并被广泛研究。剧烈塑性变形技术被证实是有效细化晶粒的方法，尤其是高压扭转方法，其晶粒可以细化至纳米级别。然而高压扭转技术对于设备要求较高，并且变形过程中容易出现不均匀变形现象，制备出的材料过小等缺陷和弊端，对于产业化应用推广有着较大的困难。因此，设计一种能够通过高压扭转使镁合金剧烈塑性变形，从而细化晶粒提高其金属材料性能的设备和方法是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术解决目前缺乏制备高性能镁合金的设备和方法的问题，提供一种等通道扭转挤压制备高性能镁合金的设备及方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备，包括立式液压机，所述立式液压机的工作平台上固定有凹模固定架，所述凹模固定架内设置有凹模垫块，所述凹模垫块上固定有凹模，所述凹模与凹模固定架之间设置有加热套，所述凹模垫块与凹模固定架之间衬有隔热石棉，所述凹模中心开有贯通凹模的型腔，所述型腔上部为横截面是正多边形的棱柱状腔体，所述型腔下部为与上部对应的螺旋棱柱状腔体，所述型腔下口部设有与螺旋棱柱状腔体连续过渡的正多面体棱柱状卡口，所述凹模垫块和工作平台上开有与凹模型腔下口部对应的漏料孔，所述立式液压机的液压柱头上固定有压块，所述压块上固定有凸模，所述凸模为与凹模上部型腔配合的正多面体棱柱。工作平台上固定有凹模固定架，固定架内设有凹模垫块，垫块上固定有凹模，凹模型腔上部为正多边形棱柱状腔体，可对镁合金坯料进行导向，型腔下部为螺旋棱柱状腔体，各棱边在型腔内壁形成螺旋式导槽，导引镁合金坯料下压过程中在腔体内随螺旋线做螺旋剪切变形，镁合金的材料晶粒C轴向剪切面倾斜基面织构弱化，由于塑性变形而导致晶粒发生细化。型腔下口部设有正多边形棱柱状卡口，镁合金坯料挤出时重新塑形为正多面体棱柱，由于型腔上部和下部的横截面均为正多边形,坯料可多次反复挤压扭转，实现晶粒细化。所述凸模和凹模是采用H13料制得的，所述凸模、凹模横截面为正四边形、正六边形、正八边形等类似对称结构，所述凸模、凹模的工作面表面粗糙度为Ra0.08~0.16μm，所述凹模的型腔下部螺旋角度大于0°小于90°。横截面为正四边形、正六边形、正八边形对称结构，保证坯料经一次螺旋挤压后可旋转一个对角角度后再次挤压，反复对角旋转挤压实现细化晶粒的效果。等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的方法，是通过以下操作步骤实现的：一、用线切割将镁合金坯料切割为与凹模型腔配合的正多面体棱柱，用600目砂纸对坯料外表面进行打磨，去除油污，然后依次用1000、1200、2500目砂纸进行打磨，确保表面清洁、光滑；二、用99%的丙酮液与99.5%的无水乙醇液按照体积比3:2配置清洗液置于清洗槽内搅拌混合均匀；三、将镁合金坯料浸没在清洗液内，将清洗槽放置在超声波清洗机上对镁合金坯料进行超声波清洗30min后，取出镁合金坯料并用无水乙醇清洗，然后用吹风机冷风吹干；四、开启真空气氛加热炉，预设温度350~500℃，达到预设温度时，将镁合金坯料置于加热炉中，保温2~4h；五、同时启动立式液压机，将凸模伸入凹模的型腔上部，开启加热套对模具进行加热，加热温度350~500℃，达到预热温度后保温2~4h；六、在预热后的镁合金坯料表面涂抹耐500℃高温的石墨机油溶液进行润滑，启动立式液压机将凸模退出凹模的型腔上部，将镁合金坯料放入凹模的型腔上部后，启动立式液压机，在凸模与镁合金坯料接触时停止，再次启动加热套进行保温，温度350~500℃保温2~4h，并一直保持预设温度；七、启动立式液压机下压凸模，凸模挤压镁合金坯料进入凹模的型腔下部，待镁合金坯料完全压入型腔下部的螺旋棱柱状腔体后，停止下压；八、退出凸模，在凹模的型腔上部放入另一根坯料，采用同样步骤将另一根坯料压入型腔下部，即可将第一根坯料挤出；九、将第一根镁合金坯料旋转一个对角角度后继续采用同样步骤对其进行螺旋挤压，如此反复多个道次后，将加热套温度调至200~350摄氏度，继续对进行镁合金坯料进行多个道次的螺旋挤压；十、取挤压后的镁合金试样，用砂纸对表面进行打磨后，用上述丙酮与无水乙醇液配置的清洗液对镁合金试样进行清洗，然后用无水乙醇再次进行清洗，最后用冷风机冷风吹干，最终获得高性能的镁合金料。所述镁合金坯料为AZ31镁合金固体块料，其中含镁96%，含铝3.0%，含锌1.0%。将镁合金坯料压入正多面体螺旋结构的型腔，使其产生剪切塑性变形，促使晶粒得到细化，同时由于螺旋旋转作用，诱导晶粒c轴发生偏转，向剪切面倾斜，弱化了基面织构。反复多道次对坯料进行螺旋挤压，使坯料产生连续剪切变形，晶粒较大程度得到细化，织构较大程度得到弱化，然后降低挤压温度，进一步细化晶粒和弱化基面织构，从而获得高强度和塑性性能的镁合金。由图3与图4对比可知，经反复螺旋挤压后的镁合金料与坯料相比晶粒尺寸极大的减小，晶粒由41.3μm减小至3.5μm，（0002）基面织构与坯料相比由19.498下降至6.680，（0002）基面织构强度由27.6下降至8.2，基面织构获得弱化，晶粒细化、基面织构弱化有利于镁合金强度、塑性等性能的提高。本专利技术具有以下优点：1、模具制造简便，制备方法操作简单，成本低；2、连续反复螺旋挤压镁合金坯料，晶粒较大程度细化，基面织构得到较大弱化，其强度和塑性性能得到大幅度提高。附图说明图1为等通道螺旋挤压镁合金设备结构示意图；图2为镁合金坯料处于螺旋挤压状态的示意图；图3为凹模纵向剖面结构示意图；图4为镁合金坯料的EBSD图；图5为镁合金坯料（0002）基面极图；图6为经反复螺旋挤压后的镁合金料EBSD图；图7为经反复螺旋挤压后的镁合金料（0002）基面极图；图中：1-立式液压机，2-工作平台，3-凹模固定架，4-凹模垫块，5-凹模，6-加热套，7-液压柱头，8-压块，9-凸模。具体实施方式等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备，包括立式液压机1，所述立式液压机的工作平台2上固定有凹模固定架3，所述凹模固定架3内设置有凹模垫块4，所述凹模垫块4上固定有凹模5，所述凹模5与凹模固定架3之间设置有加热套6，所述凹模垫块4与凹模固定架3之间衬有隔热石棉，所述凹模5中心开有贯通凹模的型腔，所述型腔上部为横截面是正多边形的棱柱状腔体，所述型腔下部为与上部对应的螺旋棱柱状腔体，所述型腔下口部设有与螺旋棱柱状腔体连续过渡的正多面体棱柱状卡口，所述凹模垫块4和工作平台2上开有与凹模型腔下口部对应的漏料孔，所述立式液压机1的液压柱头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备，包括立式液压机（1），其特征在于：所述立式液压机的工作平台（2）上固定有凹模固定架（3），所述凹模固定架（3）内设置有凹模垫块（4），所述凹模垫块（4）上固定有凹模（5），所述凹模（5）与凹模固定架（3）之间设置有加热套（6），所述凹模垫块（4）与凹模固定架（3）之间衬有隔热石棉，所述凹模（5）中心开有贯通凹模的型腔，所述型腔上部为横截面是正多边形的棱柱状腔体，所述型腔下部为与上部对应的螺旋棱柱状腔体，所述型腔下口部设有与螺旋棱柱状腔体连续过渡的正多边形棱柱状卡口，所述凹模垫块（4）和工作平台（2）上开有与凹模型腔下口部对应的漏料孔，所述立式液压机（1）的液压柱头（7）上固定有压块（8），所述压块（8）上固定有凸模（9），所述凸模（9）为与凹模（5）上部型腔配合的正多面体棱柱。

【技术特征摘要】
1.一种等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的设备，包括立式液压机（1），其特征在于：所述立式液压机的工作平台（2）上固定有凹模固定架（3），所述凹模固定架（3）内设置有凹模垫块（4），所述凹模垫块（4）上固定有凹模（5），所述凹模（5）与凹模固定架（3）之间设置有加热套（6），所述凹模垫块（4）与凹模固定架（3）之间衬有隔热石棉，所述凹模（5）中心开有贯通凹模的型腔，所述型腔上部为横截面是正多边形的棱柱状腔体，所述型腔下部为与上部对应的螺旋棱柱状腔体，所述型腔下口部设有与螺旋棱柱状腔体连续过渡的正多边形棱柱状卡口，所述凹模垫块（4）和工作平台（2）上开有与凹模型腔下口部对应的漏料孔，所述立式液压机（1）的液压柱头（7）上固定有压块（8），所述压块（8）上固定有凸模（9），所述凸模（9）为与凹模（5）上部型腔配合的正多面体棱柱。2.一种等通道螺旋挤压制备高性能镁合金的方法，其特征在于是通过以下操作步骤实现的：一、用线切割将镁合金坯料切割为与凹模型腔配合的正多面体棱柱，用600目砂纸对坯料外表面进行打磨，去除油污，然后依次用1000、1200、2500目砂纸进行打磨，确保表面清洁、光滑；二、用99%的丙酮液与99.5%的无水乙醇液按照体积比3:2配置清洗液置于清洗槽内搅拌混合均匀；三、将镁合金坯料浸没在清洗液内，将清洗槽放置在超声波清洗机上对镁合金坯料进行超声波清洗30min后，取出镁合金坯料并用无水乙醇清...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利飞，张华，程伟丽，王红霞，薛凤梅，陈志青，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14