制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置及方法。包括编扭单元：包括两个夹持旋转轴，用于将多个平行设置的镁/镁合金棒材编扭铰结；拉拔单元：设置在编扭单元后侧，用于对编扭变形之后的棒材进行拉拔；热处理单元：对拉拔之后的棒材进行固溶时效处理，固溶使变形时析出的元素重新固溶到基体中，时效获得具有不同析出相密度的异构镁合金材料。本发明专利技术通过编扭和拉拔相结合的变形方式，并通过后续的固溶时效热处理，利用多种镁合金在相同时效处理下产生不同的析出行为的特点，对其微观结构进行调控，令镁合金材料中的软硬相在轴向和径向上呈交替分布，获得三维方向可控的多尺度析出的高强高韧异构镁合金材料。

The device and method of continuous weaving, twisting and drawing for preparing isomerous magnesium alloy bar

【技术实现步骤摘要】
制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置及方法
本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置及方法。
技术介绍
由于能源紧缺、大气污染等问题日益严重，节能减排已成为一个社会关注的重要问题。镁元素是地球上储量最丰富的元素之一，且镁合金作为比重最轻的金属结构材料，在工业生产中具有非常广阔的应用前景。然而，镁合金的绝对强度较低，限制了其在生产中的大规模应用。研究表明，析出强化是提高镁合金强度的最有效的手段之一。向镁合金中添加稀土元素，可以通过时效处理，在基体中形成高密度的纳米级析出相。由于纳米析出相对位错运动具有强烈的阻碍作用，材料的强度可获得大幅提升，但也伴随着塑性的大幅度降低。Moara等人在《JournalofAlloysandCompounds》合金化合物期刊，2019,804:421-426上发表的“Amagnesium-aluminiumcompositeproducedbyhigh-pressuretorsion”(一种高压扭转方法制备镁-铝复合材料)一文中，介绍了一种制备镁-铝复合材料的方法，对高压扭转制备的镁-铝复合材料进行热处理，调控材料的微观结构，改善力学性能。该技术方法的特点如下：(1)经过高压扭转获得的复合材料，界面结合性好，可实现界面的冶金结合；(2)通过热处理调控材料的微观结构，可使材料在保持延展性的情况下，硬度显著提升。但是，该技术也存在以下问题：(1)由于设备的限制，该方法制备的异构材料尺寸相对较小，限制其在工业上的应用；(2)单纯的高压扭转变形难以使两种材料的界面结合良好，获得的材料力学性能不稳定。常海等人在《复合材料学报》，2019,36:178-185上发表的“累积叠轧纯Mg/ZK60镁合金层状金属复合材料的组织与性能”一文中，介绍了一种采用累积叠轧制备镁合金层状金属复合材料的工艺方法。该技术具有以下特点：(1)该工艺过程较简单，操作性较强；(2)制备的材料层数可控，可制备较大尺寸材料，工业应用性较强。但是，该技术也存在以下问题：(1)叠轧变形方式限制产品类型以板材为主，难以实现棒状型材的生产；(2)需经多道次反复成形，生产效率低，且加工条件对界面氧化、夹杂、卷气控制难度大，成品率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置，包括编扭单元：包括两个夹持旋转轴，用于将多个平行设置的镁/镁合金棒材编扭铰结，实现材料初步的机械结合，所述多个平行设置的镁/镁合金棒材具有两种或者两种以上不同析出强化性能；拉拔单元：设置在编扭单元后侧，用于对编扭变形之后的棒材进行拉拔；热处理单元：对拉拔之后的棒材进行固溶时效处理，固溶使变形时析出的元素重新固溶到基体中，时效获得具有不同析出相密度的异构镁合金材料。进一步的，所述夹持旋转轴内部设有紧固胶圈，夹持旋转轴通过紧固胶圈夹持多个平行设置的镁/镁合金棒材的两端，并旋转一端的夹持旋转轴，实现多个平行设置的镁/镁合金棒材编扭铰结。进一步的，所述编扭单元还包括夹紧机构、编扭的加热机构和真空管；所述多个平行设置的镁/镁合金棒材放置于真空管内，真空管两端设有法兰，所述编扭的加热机构设置在真空管外周，所述夹紧机构用于夹持两端的两个夹持旋转轴。进一步的，所述编扭单元还包括编扭控制柜，所述编扭控制柜与夹持旋转轴、编扭的加热机构、真空管连接。进一步的，所述编扭的加热机构包括电阻丝、热电偶和控温仪器，所述电阻丝包覆在真空管外侧，所述热电偶布于电阻丝之间便于测温，所述控温仪器位于最外侧通过电线与热电偶和电阻丝连接，便于实现对温度的检测和调控。进一步的，所述拉拔单元包括拉拔的加热机构和拉拔模具；从编扭单元出来的棒材进入拉拔单元的加热机构进行加热，加热之后通过拉拔模具进行拉拔。进一步的，所述拉拔单元还包括拉拔控制柜，所述拉拔控制柜和拉拔模具、拉拔的加热机构连接；所述拉拔的加热机构内部为真空，外部设有电阻丝、热电偶和控温仪器，电阻丝包覆在真空管外侧，热电偶布于电阻丝之间便于测温，控温仪器位于最外侧通过电线与热电偶和电阻丝连接，便于实现对温度的检测和调控。进一步的，所述热处理单元包括固溶子单元和时效子单元；所述固溶子单元为真空热处理炉，所述时效子单元为油浴炉。一种利用上述的装置制备异构镁合金棒材的方法，包括如下步骤：步骤(1)：混编：对镁合金细棒进行预处理，取若干长度和直径均相同的两种或两种以上镁合金细棒按照异种材料周向交替排列的方式混编，对混编好的细棒束的端部和尾部进行捆扎固定；步骤(2)：编扭变形：将捆扎好的细棒束送入编扭单元进行编扭变形，抽真空并向真空管内充入惰性气体Ar到大气压，保持气流稳定，加热，紧固镁合金细棒束两端，并驱动其中的一端均匀旋转；步骤(3)：拉拔：将编扭变形后的棒材送入拉拔单元中，抽真空，加热保温，对棒材施以拉拔变形，采用多道次逐级变形；步骤(4)：热处理：对拉拔之后的棒材进行真空固溶热处理；随后进行多尺度析出时效处理。进一步的，所述步骤(1)中的预处理包括对镁合金细棒进行打磨和清洗，去除表面的油污和氧化皮；所述步骤(2)编扭变形中的工艺参数为：抽真空至30～100Pa，加热具体为：以10～30℃/min的速率使真空管内温度升至200～400℃；旋转端的转动速率为3～10rpm，旋转角度为30～720°；所述步骤(3)的拉拔的工艺参数为：抽真空到30～100Pa；加热为在300～500℃保温10min～30min，拉拔速率为2～15m/min，变形量为10～50％；所述步骤(4)的真空固溶处理的工艺参数为：固溶温度为400～500℃，时间为1～10h；时效温度为150～250℃，时效时间为1～300h本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术通过编扭和拉拔相结合的变形方式，并通过后续的固溶时效热处理，可以制备出不同成分的异构镁合金材料，具有极大的微观结构设计指向性和灵活性，可根据需求调整合金选择，可选择的材料可以是Mg-9Y/Mg-3Y，Mg-10Gd/Mg-2Gd，Mg-10Gd/Mg-2Y等各种合金成分；(2)本专利技术通过编扭和拉拔结合的变形方式，可以制备出在轴向和径向交替分布的多尺度析出强化镁合金，在三维方向上获得软硬两相，实现镁合金材料强度和塑性协同提高。(3)本专利技术可以根据工业应用的实际需求，调控合金的排列次序和配比量、排列层数等，制备出大尺寸的高强高韧异构镁合金材料。(4)本专利技术主要采用稀土镁合金，制备出的多尺度析出异构镁合金材料的耐热性能优异，塑韧性高于常规均匀析出强化的镁合金材料。附图说明图1为本专利技术的编扭拉拔装置示意图，其中Ⅰ为编扭工作段，Ⅱ为拉拔工作段。图2为本专利技术编扭变形工作段的结构示意图。图3为本专利技术的编扭加工流程图；其中(a)为变形前样品示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置，其特征在于，包括/n编扭单元：包括两个夹持旋转轴，用于将多个平行设置的镁/镁合金棒材编扭铰结，实现材料初步的机械结合，所述多个平行设置的镁/镁合金棒材具有两种或者两种以上不同析出强化性能；/n拉拔单元：设置在编扭单元后侧，用于对编扭变形之后的棒材进行拉拔；/n热处理单元：对拉拔之后的棒材进行固溶时效处理，固溶使变形时析出的元素重新固溶到基体中，时效获得具有不同析出相密度的异构镁合金材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备异构镁合金棒材的连续编扭拉拔装置，其特征在于，包括
编扭单元：包括两个夹持旋转轴，用于将多个平行设置的镁/镁合金棒材编扭铰结，实现材料初步的机械结合，所述多个平行设置的镁/镁合金棒材具有两种或者两种以上不同析出强化性能；
拉拔单元：设置在编扭单元后侧，用于对编扭变形之后的棒材进行拉拔；
热处理单元：对拉拔之后的棒材进行固溶时效处理，固溶使变形时析出的元素重新固溶到基体中，时效获得具有不同析出相密度的异构镁合金材料。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹持旋转轴内部设有紧固胶圈，夹持旋转轴通过紧固胶圈夹持多个平行设置的镁/镁合金棒材的两端，并旋转一端的夹持旋转轴，实现多个平行设置的镁/镁合金棒材编扭铰结。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述编扭单元还包括夹紧机构、编扭的加热机构和真空管；
所述多个平行设置的镁/镁合金棒材放置于真空管内，真空管两端设有法兰，所述编扭的加热机构设置在真空管外周，所述夹紧机构用于夹持两端的两个夹持旋转轴。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述编扭单元还包括编扭控制柜，所述编扭控制柜与夹持旋转轴、编扭的加热机构、真空管连接。


5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述编扭的加热机构包括电阻丝、热电偶和控温仪器，所述电阻丝包覆在真空管外侧，所述热电偶布于电阻丝之间便于测温，所述控温仪器位于最外侧通过电线与热电偶和电阻丝连接，便于实现对温度的检测和调控。


6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉拔单元包括拉拔的加热机构和拉拔模具；
从编扭单元出来的棒材进入拉拔单元的加热机构进行加热，加热之后通过拉拔模具进行拉拔。


7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拉拔单元还包括拉拔控制柜，所述拉拔控制柜和拉拔模具、拉拔的加热机构连接；所述拉拔的加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩，许梦凝，陈雪飞，李磊，肖礼容，曹阳，李玉胜，聂金凤，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32