镁合金连续挤压变形方法技术

一种镁合金连续挤压变形方法，将经过均匀化处理的镁合金坯料温度加热至３５０℃～４５０℃，用比镁合金坯料温度低１０℃～３０℃的挤压模，采用１ｍ／ｍｉｎ～３ｍ／ｍｉｎ的等速挤压速度，依次以正挤压、转角９０度变通道角挤压、转角９０度等通道角挤压的先后顺序进行一道次单向连续挤压，使镁合金坯料从模具一端经由正挤压阶段后等量分流成多股流，经变通道角挤压，等通道角挤压，从模具另一端成型出模，形成连续流动挤压变形，其经正挤压至转角９０度变通道角挤压的挤压比为１６∶１，变通道角挤压至转角９０度等通道角挤压的挤压比为１∶１。既能使镁合金的晶粒细化效果极其显著，组织更均匀，还能通过加大挤压比和挤压速度，提高工业化生产效率，降低生产成本，保证产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁合金的挤压变形领域，特别涉及一种。
技术介绍
镁合金是目前最轻的金属结构材料，其具有导电性、导热性、电磁屏蔽性，同时性 能良好，比强度和比刚度高，减震性好，切削加工和尺寸稳定性佳，易回收，有利于环保等优 点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，随着汽车、航空、电子及运输等工业轻量化的发展要 求，镁合金的应用范围越来越广。镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金，目前应用较广的 铸造镁合金，其铸态组织晶粒粗大，力学性能较低。常用的变形镁合金主要有AZ31、AZ61、 AZ80、ZK31、ZK61、HK31、HK21等牌号，变形镁合金主要是通过挤压，轧制，锻造或拉伸等塑性 压力加工，经过挤压、锻造和轧制等生产工艺产出的变形产品具有更高的强度、更好的延伸 率和更多样化的力学性能，可以满足更多样化结构件的需求。目前我国开发成功并已形成 小批量生产和应用的是采用挤压法生产的Mg-Al-Zn系列镁合金AZ31，该镁合金有较好的 挤压性能，可通过挤压变形制造出多种规格的管、棒、条、带型材和断面形状比较复杂的型 材，型材的最薄壁厚可以达到0.6mm甚至更薄。因此，开发变形镁合金产品是镁合金加工发 展的必然趋势。但镁是密排六方结构的金属，在室温和低温下滑移系少，理论上只有3个滑移 系，变形时实际上只有1个滑移系在运动，塑性比较低，容易脆断，冷加工性能不好。为了 提高其力学性能，细化组织是比较好的途径。通过热加工处理来细化镁合金晶粒不仅能 提高其塑性，亦可提高其强度。晶粒细化一直是材料科学界研究的热点问题，根据著名的 Hell-Petch公式多晶体屈服强度随晶粒尺寸的减小大大增加，而延伸率也明显提高，是理 想的材料强化方式。挤压变形就是其中一种比较理想的细化组织，提高其力学性能的变形 方式。挤压法生产的零件其力学性能较压铸法生产的要高很多，而且表面光洁度高，可用于 汽车承载件如坐架、底盘框和汽车窗框等。我国变形镁合金材料的研制与开发仍处于起步 阶段，缺少高性能镁合金板、棒和型材，如今国防军工、航天航空用高性能镁合金材料仍依 靠进口，民用产品尚未进行大力开发。因此，研究和开发性能优良、规格多样的变形镁合金 材料显得十分重要。目前，工业生产中镁合金的挤压变形工艺，一般是采用单向挤压方式，其镁合金 坯料的挤压温度通常为300 450°C，为了防止与模具之间的温差而产生裂纹，常采用模 具温度与挤压温度相同的等温挤压，或模具温度约低于挤压温度进行挤压；挤压速度通常 为0. 5m/min 2m/min。这种单向挤压方式的挤压温度与挤压速度成正比，挤压温度越 低，挤压速度越慢，如果挤压温度降低而挤压速度不随之而减慢，镁合金的成型效果将受影 响，导致挤压出的材料出现裂纹，影响产品质量。目前在实验研究领域采用的镁合金的单 向挤压变形方式通常为单一的等通道角挤压，又称等径角挤压(英文简称ECAE，即Equal channel angular extrusion)，和单一的变通道角挤压，又称变径角挤压(英文简称CCAE， 即Change channel angular extrusion)，都是利用大剪切变形细化晶粒的塑性变形加工3方法，即将被挤压的镁合金坯料，通过挤压模上弯曲成90度角的单向等径挤压通道进行挤 压，使镁合金坯料在一个挤压杆的压力下，由模具挤压通道的一端向另一端，通过单向的一 道次等通道转角挤压出模，或通过单向的一道次变通道角挤压出模，使镁合金坯料在经过 单向等径角挤压通道的90度转角时，受到剪切变形，将镁合金晶粒细化，提高被挤压的镁 合金材料的力学性能。由于这种等通道角挤压(ECAE)的挤压方式仅仅是一个单向等径通道的挤压方 式，挤压比为1，挤压温度为300 350°C，挤压速度为0. 1 0. 8m/min，其每挤压一道次 后，镁合金晶粒尺寸细化程度一般只能达到2 1到6 1左右，需经过多道次挤压才能 够将镁合金晶粒细化到较小尺寸，而且从已有的研究文献来看，该挤压工艺所用的坯料基 本都是要先进行多次大挤压比的预挤压，以求将镁合金坯料的晶粒尺寸预先降到很小的范 围，一般在20 80 μ m左右。如将晶粒为20 μ m的镁合金坯料在350°C时采用等通道角挤 压(ECAE)技术挤压变形，需经过八道次的挤压，镁合金的晶粒尺寸才能达到2μπι左右；如 果原始晶粒大小为SOum左右，要经过四道次才能降到IOum左右。该方法虽然能够实现将 镁合金晶粒细化到很小的程度，但是其有几点不足第一，坯料需要通过预挤压变形进行初 步细化晶粒，因此工序多，设备、能源耗费大，成本高第二，采用多道次的挤压加工，同样工 序多，生产效率低，生产成本高；并且由于等通道角挤压(ECAE)技术的挤压速度为0. 1 0. Sm/min，每道次的挤压时间相对较长，生产效率低，若提高单向挤压速度，会使产品质量 下降。因此，在工业化生产需要提高生产效率的情况下，等通道角挤压(ECAE)技术显然存 在不足，工业化生产推广应用相当困难。由于变通道角挤压(CCAE)其特点是在等通道角挤压的基础上加上了一定的挤压 比，可以将晶粒为500μπι的镁合金坯料，通过一个道次的挤压比为4 1的挤压使晶粒尺 寸达到25 μ m，晶粒细化比为20 1，提高了镁合金的晶粒细化效果；但是镁合金坯料在通 过变通道角挤压时，会出现带状组织，晶粒的均勻性变差，使镁合金的力学性能降低，并且 现有的变通道角挤压(CCAE)的挤压比通常控制在10 1以内，如一旦挤压比达到或超过 10 1，镁合金就很容易产生裂纹，并且当挤压速度大于2m/min后，模具还容易开裂造成损 坏。如果要将直径较粗镁合金坯料挤压变形到直径较细的型材，目前的等通道角挤压和变 通道角挤压都必须要经过多道次的分次挤压才能完成，而从大直径逐渐分道次挤压到小直 径，每改一次直径就必须拆模、换模，其程序多且复杂，在实际生产中既浪费时间又浪费资 源；另外因为挤压比太大往往会导致裂纹的产生，在通常的挤压温度下350 450°C，如采 用变通道角挤压，每一道次的挤压比达到10 1后，挤压出的材料就很容易产生裂纹，影响 广品质量。由此可见，如果要求较高挤压比和加快挤压速度来提高镁合金挤压变形的工业化 生产效率，同时提高镁合金晶粒细化的效果，保证产品质量，上述挤压方法都很难达到，因 此需要一种能够解决在镁合金挤压变形的工业化生产中提高生产效率、保证产品质量的镁 合金挤压变形方法，使变形镁合金产品能够广泛的应用于工业化生产中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种， 它通过一道次单向连续挤压，使镁合金坯料从模具一端经由正挤压分流成多股，经第一次转角90度，通过变通道角挤压，然后再经第二次转角90度，通过等通道角挤压，随后从模具 另一端成型出模，既能使镁合金的晶粒细化效果极其显著，组织更均勻，还能通过加大挤压 比和挤压速度，提高工业化生产效率，降低生产成本，保证产品质量。本专利技术的目的是这样实现的将经过均勻化处理的镁合金坯料温度加热至 350°C 450°C，在卧式挤压机上用比镁合金坯料温度低10°C 30°C的挤压模，采用Im/ min 3m/min的等速挤压速度，依次以正挤压、转角90度变通道角挤压、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金连续挤压变形方法，其特征在于：将经过均匀化处理的镁合金坯料温度加热至３５０℃～４５０℃，在卧式挤压机上用比镁合金坯料温度低１０℃～３０℃的挤压模，采用１ｍ／ｍｉｎ～３ｍ／ｍｉｎ的等速挤压速度，依次以正挤压、转角９０度变通道角挤压、转角９０度等通道角挤压的先后顺序进行一道次单向连续挤压，使镁合金坯料从模具一端经由正挤压阶段后等量分流成多股流，经第一次转角９０度，通过变通道角挤压，然后再经第二次转角９０度，通过等通道角挤压，随后从模具另一端成型出模，由此形成连续流动挤压变形，其经正挤压至转角９０度变通道角挤压的挤压比为１６∶１，变通道角挤压至转角９０度等通道角挤压的挤压比为１∶１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天模，雷晓飞，王金星，任亦真，林栎阳，张越洋，王剑星，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]