專利名稱：鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合擠壓加工方法，特別是涉及一種鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度小，比模量最高和比強(qiáng)度僅次之鈦合金處于第二位的金屬結(jié)構(gòu)材料，并具有阻尼減震性能良好、電磁屏蔽性能和切削加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)可綠色回收且不污染環(huán)境的清潔結(jié)構(gòu)材料，尤其是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件/零件的輕量化，具有不可替代的優(yōu)勢。隨著航空航天器、武器裝備、交通工具、電子產(chǎn)品等工業(yè)輕量化的發(fā)展需求，鎂合金的應(yīng)用前景非常廣闊。鎂屬于六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫下只有一組基面滑移系可以開動(dòng)，因而塑性較差，難以進(jìn)行冷、溫塑性成形，其應(yīng)用范圍受到了一定程度的限制，致使鎂合金達(dá)不到鋁合金應(yīng)用的普及水平。因此，提高鎂合金材料的塑性、強(qiáng)度已成為科技工作者研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。根據(jù)著名的Hell-Petch公式多晶體屈服強(qiáng)度隨晶粒尺寸的減小而提升，且延伸率也明顯提高。擠壓變形就是其中一種比較理想的細(xì)化晶粒組織，提高力學(xué)性能的變形方式。擠壓變形生產(chǎn)的零件綜合性能優(yōu)異，在武器裝備、交通工具中完全可以替代部分鋁合金次承力構(gòu)件， 如輪轂、輪輞、瞄具等。我國變形鎂合金材料的研發(fā)起步較晚，武器裝備、航空航天器用高性能鎂合金板材、棒材、型材基本依靠進(jìn)口，民用產(chǎn)品以中低強(qiáng)度的壓鑄鎂合金件為主。因此， 研究和開發(fā)性能優(yōu)異、多規(guī)格的變形鎂合金材料意義重大。目前，工業(yè)生產(chǎn)中變形鎂合金的擠壓工藝為擠壓溫度300°C 450°C、擠壓比
10: I 100，擠壓速度O. 5m/min 2m/min，擠壓溫度與擠壓速度成正比，擠壓溫度越低， 擠壓速度越慢，如果擠壓溫度降低而擠壓速度不隨之減小，擠壓成形的鎂合金材料出現(xiàn)裂紋、性能不穩(wěn)定等問題。近年來，大塑性變形技術(shù)得到了快速的發(fā)展，主要有等通道角擠壓(ECAE,Equal Channel Angular Extrusion)、高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)、往復(fù)擠壓(CEC)等，其中， 等通道角擠壓具有顯著細(xì)化晶粒組織、改善力學(xué)性能而發(fā)展較快，但是由于這種擠壓方式僅僅是一個(gè)單向等通道的擠壓方式，擠壓比為1，擠壓溫度250°C 380°C、擠壓速度O. Im/ min 0.8m/min，每道次擠壓后，鎂合金晶粒尺寸細(xì)化程度達(dá)到2 I 6 1，需要經(jīng)過多道次擠壓才能夠?qū)㈡V合金晶粒細(xì)化到較小尺寸，據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料報(bào)道，將晶粒尺寸為20 μ m 的鎂合金坯料在250°C時(shí)采用ECAE技術(shù)擠壓變形，需要經(jīng)過8 12道次的擠壓變形，鎂合金的晶粒尺寸才能達(dá)到2 μ m左右，且每道次變形后都要經(jīng)過熱處理，消除應(yīng)力分布不均與加工硬化，改善擠壓性能。中國專利號為200710092779. 4的發(fā)明了一種單向擠壓徑向流動(dòng)變徑角的擠壓方法，擠壓溫度200°C 350°C、擠壓速度I. Om/min 2. 5m/min、擠壓比20 40，采用初始晶粒大小為200 μ m的坯料，經(jīng)過一道次擠壓后晶粒細(xì)化為20 μ m左右，但在模具豎直的擠壓腔通道與橫向變徑角型腔通道的過渡區(qū)域，變形應(yīng)力集中導(dǎo)致模具開裂，控制復(fù)雜，模具壽命短，成本相對較高，且鎂合金表面質(zhì)量差，性能不穩(wěn)定。因此，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對鎂合金生產(chǎn)效率的提高，以及鎂合金產(chǎn)品性能的不斷提升，ECAE等技術(shù)的推廣應(yīng)用還有相當(dāng)大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其采用復(fù)合擠壓變形，極大地提高鎂合金晶粒的細(xì)化效果，使鎂合金材料的綜合力學(xué)性能得到提高，減少擠壓變形過程中的熱處理道次與復(fù)雜的多道次擠壓變形工序。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，該方法采用復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具包括上端豎直擠壓通道、下端豎直擠壓通道、中間三個(gè)C型通道組合成的S型擠壓通道，該方法包括以下步驟步驟一先將鎂合金鑄坯材料進(jìn)行均勻化處理；步驟二 再加熱復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具溫度比鎂合金坯料溫度低10°C 300C，復(fù)合擠壓模具加熱后在擠壓通道內(nèi)均勻涂抹潤滑劑；步驟三將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱到250°C 400°C，保溫Ih 2h，放入復(fù)合擠壓模具的擠壓腔中，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形，其中擠壓速度為O. 3m/min I. 2m/min、擠壓比為4 36。優(yōu)選地，所述步驟三是將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱至350±5°C，保溫時(shí)間為Ih,復(fù)合擠壓模具溫度控制在330±5°C,將已加熱的鎂合金還料放入復(fù)合擠壓模具型腔中，以擠壓速度為O. 6m/min，擠壓比為9，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形。優(yōu)選地，所述鎂合金坯料在擠壓前已經(jīng)過均勻化處理，平均晶粒尺寸為200 μ m。優(yōu)選地，所述鎂合金坯料經(jīng)過復(fù)合擠壓模具的擠壓后，晶粒細(xì)化的比率達(dá)到 35 : I。優(yōu)選地，所述步驟一是將鎂合金坯料加熱到410±3°C保溫均勻化處理24h。優(yōu)選地，所述步驟二是將復(fù)合擠壓模具加熱至220°C 390°C后，在模具擠壓通道型腔內(nèi)均勻涂抹Al2O3粉和水玻璃的混合潤滑劑，把復(fù)合擠壓模具裝配在立式油壓機(jī)的工作臺上。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明采用復(fù)合擠壓變形，極大地提高鎂合金晶粒的細(xì)化效果，使鎂合金材料的綜合力學(xué)性能得到提高，減少擠壓變形過程中的熱處理道次與復(fù)雜的多道次擠壓變形工序。


圖I為本發(fā)明采用的復(fù)合擠壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明復(fù)合擠壓過程中不同部位鎂合金材料的顯微硬度(Microhardness) 分布的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，該實(shí)施例是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對本發(fā)明擠壓方法的簡單改進(jìn)，都屬于本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
本發(fā)明鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法采用的復(fù)合擠壓模具如圖I所示，復(fù)合擠壓模具包括上端豎直擠壓通道A、下端豎直擠壓通道F以及中間三個(gè)C型通道B、D、E組合成的 S型擠壓通道。采用復(fù)合擠壓變形的擠壓模具，通過復(fù)合擠壓模具的凸模的向下等速運(yùn)動(dòng)， 使鎂合金坯料通過豎直的型腔通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形，鎂合金坯料在S型通道內(nèi)產(chǎn)生近似理想的純剪切變形。這樣做的好處如下一是鎂合金鑄坯中由于非平衡結(jié)晶所帶來的各種偏析和存在于晶界及枝晶網(wǎng)絡(luò)上的金屬間化合物，在擠壓力作用下沿著一定方向拉長形成帶狀組織；二是在后續(xù)S型通道內(nèi)繼續(xù)發(fā)生剪切變形，開始出現(xiàn)部分等軸晶組織；三是晶粒組織隨著剪切變形量的增大而變小，同時(shí)隨著擠壓的流線方向發(fā)生晶粒破碎現(xiàn)象。本發(fā)明鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法包括以下步驟在YX-1000A立式油壓機(jī)(X-1000A立式油壓機(jī)是一臺通用的擠壓設(shè)備，復(fù)合擠壓模是一套模具)上對AZ91D鎂合金坯料進(jìn)行擠壓變形加工。先將鎂合金坯料進(jìn)行均勻化處理，以改善鑄坯在非平衡凝固過程中化學(xué)成分和組織的不均勻性，提高成形性能；具體是將鎂合金坯料加熱到410±3°C保溫均勻化處理24h，第二相Mgl7A112(鎂合金在非平衡凝固過程中形成的金屬化合物，大部分分布于晶界)完全固溶入鎂基體，大部分粗大的枝晶消失，使鎂合金鑄錠的化學(xué)成分和組織更加均勻；再加熱復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具溫度可以比鎂合金坯料溫度低10°C 30°C，復(fù)合擠壓模具加熱后在擠壓通道內(nèi)均勻涂抹潤滑劑；具體是將復(fù)合擠壓模具加熱至 220°C 390°C后，在模具擠壓通道型腔內(nèi)均勻涂抹Al2O3 (三氧化二鋁)粉和水玻璃的混合潤滑劑，把復(fù)合擠壓模具裝配在立式油壓機(jī)的工作臺上；將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱到250°C 400°C，保溫Ih 2h，放入復(fù)合擠壓模具的擠壓腔中，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S 型通道流動(dòng)擠壓變形，其中擠壓速度O. 3m/min I. 2m/min，擠壓比為4 36，擠壓力受鎂合金坯料(變形抗力、坯料狀態(tài)、坯料直徑、坯料長度)、工藝參數(shù)(變形程度、變形溫度、變形速率)、潤滑狀態(tài)與摩擦條件、設(shè)備噸位等因素的影響。較好的技術(shù)方案是將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱至350±5°C，保溫時(shí)間為lh，復(fù)合擠壓模具溫度控制在330±5°C， 將已加熱的鎂合金坯料放入復(fù)合擠壓模具型腔中，以擠壓速度為O. 6m/min，擠壓比為9，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形，采用快速風(fēng)冷方法(如工業(yè)用電風(fēng)扇)將擠壓出的鎂合金坯料冷卻，防止晶粒長大，最終得到性能優(yōu)異的鎂合金材料。以鑄造AZ91D鎂合金坯料擠壓變形為例，鎂合金坯料在擠壓前已經(jīng)過均勻化處理，平均晶粒尺寸為200 μ m，在擠壓比為9的情況下，擠壓溫度為350°C時(shí)，鎂合金坯料只經(jīng)過復(fù)合擠壓模具的一道次復(fù)合擠壓變形后，平均晶粒尺寸就能細(xì)化到6 μ m左右，晶粒細(xì)化的比率達(dá)到35 1，且組織分布均勻，在擠壓通道的不同部位取樣(如圖I中A G點(diǎn)部位)分析的微觀組織與顯微硬度，如圖2所示。而對于等通道擠壓，在同樣的擠壓條件下， 擠壓四道次后其晶粒尺寸約為ΙΟμπι。鎂合金坯料ECAE方法與本發(fā)明方法晶粒細(xì)化效果如表I所示。表I不同擠壓方法晶粒細(xì)化效果對比
權(quán)利要求
1.一種鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，該方法采用復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具包括上端豎直擠壓通道、下端豎直擠壓通道、中間三個(gè)C型通道組合成的S型擠壓通道，該方法包括以下步驟步驟一先將鎂合金坯料進(jìn)行均勻化處理；步驟二 再加熱復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具溫度比鎂合金坯料溫度低10°C 30°C， 復(fù)合擠壓模具加熱后在擠壓通道內(nèi)均勻涂抹潤滑劑；步驟三將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱到250°C 400°C，保溫Ih 2h，放入復(fù)合擠壓模具的擠壓腔中，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形，其中擠壓速度為O. 3m/min I. 2m/min，擠壓比為4 36。
2.如權(quán)利要求I所述的鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，所述步驟三是將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱至350±5°C，保溫時(shí)間為lh，復(fù)合擠壓模具溫度控制在 330±5°C，將已加熱的鎂合金坯料放入復(fù)合擠壓模具型腔中，以擠壓速度為O. 6m/min，擠壓比為9，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形。
3.如權(quán)利要求I所述的鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，所述鎂合金坯料在擠壓前已經(jīng)過均勻化處理，平均晶粒尺寸為200 μ m。
4.如權(quán)利要求I所述的鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，所述鎂合金坯料經(jīng)過復(fù)合擠壓模具的擠壓后，晶粒細(xì)化的比率達(dá)到35 I。
5.如權(quán)利要求I所述的鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，所述步驟一是將鎂合金坯料加熱到410±3°C保溫均勻化處理24h。
6.如權(quán)利要求I所述的鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，其特征在于，所述步驟二是將復(fù)合擠壓模具加熱至220°C 390°C后，在模具擠壓通道型腔內(nèi)均勻涂抹Al2O3粉和水玻璃的混合潤滑劑，把復(fù)合擠壓模具裝配在立式油壓機(jī)的工作臺上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂合金的復(fù)合擠壓加工方法，該方法采用復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具包括上端豎直擠壓通道等，該方法包括以下步驟步驟一先將鎂合金鑄坯料進(jìn)行均勻化處理；步驟二再加熱復(fù)合擠壓模具，復(fù)合擠壓模具溫度比鎂合金坯料溫度低10℃～30℃，復(fù)合擠壓模具加熱后在擠壓通道內(nèi)均勻涂抹潤滑劑；步驟三將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱到250℃～400℃，從鎂合金坯料的上端進(jìn)行單向等速擠壓，使鎂合金坯料由豎直通道向S型通道流動(dòng)擠壓變形。本發(fā)明采用復(fù)合擠壓變形，極大地提高鎂合金晶粒的細(xì)化效果，使鎂合金材料的綜合力學(xué)性能得到提高，減少擠壓變形過程中的熱處理道次與復(fù)雜的擠壓變形工序。
文檔編號B21C23/00GK102601141SQ201210071129
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者康鳳, 林軍, 胡傳凱, 舒大禹, 趙志翔, 趙祖德, 陳強(qiáng), 黃樹海 申請人:中國兵器工業(yè)第五九研究所