專利名稱：制備鎂合金半固態坯料的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種合金坯料的制備方法及裝置，具體涉及一種制備鎂合金半固態坯料的方法及裝置。
背景技術：
鎂合金作為結構材料由于具有比重小、比強度和比剛度高、導熱和導電性能好、切削加工性能好、易于加工成形和回收等優點，在汽車、航空、航天、電子及武器裝備等領域已得到廣泛的應用，被譽為“21世紀的綠色工程材料”。隨著鎂合金結構件應用比例的不斷增大，對鎂合金成形技術的要求也越來越高。半固態成形技術已成為鎂合金結構件最重要的成形技術之一，由于鎂合金塑性變形能力差和燃燒點低，鎂合金半固態成形技術的瓶頸問題主要是鎂合金半固態坯料的制備問題。采用傳統的SIMA(應變誘導-熔化激活)法雖然可解決鎂合金半固態坯料制備問題，但是，由于傳統的SIMA法是采用將鎂合金坯料墩粗后再進行等溫處理的，由于墩粗變形對于鎂合金這樣非常脆的材料不能產生大的塑性變形，因此采用該方法制成的鎂合金半固態坯料存在晶粒尺寸大(晶粒尺寸一般在150μm左右)、晶粒球化程度低，所制成的構件力學性能低的問題。近幾年來，改進的SIMA法應運而生，它是利用不等徑彎道對鎂合金坯料進行正擠壓、剪切，然后再進行等溫處理的，采用該方法制成的鎂合金半固態坯料雖然可解決晶粒細化問題，但由于采用不等徑彎道對鎂合金坯料正擠壓，因此需要對鎂合金坯料投加較大的壓力才能將直徑＜100mm、長度＜150mm的鎂合金坯料擠出，并且還存在反復循環擠壓帶來的擠壓壓力大、成本高、效率低、設備噸位大、設備投資大，制備鎂合金半固態坯料所用的模具易損壞問題。

發明內容
本發明的目的是為解決采用傳統的SIMA法制備鎂合金半固態坯料存在晶粒尺寸大、晶粒球化程度低、制成的構件力學性能低問題及采用改進的SIMA法制備鎂合金半固態坯料存在擠壓壓力大、成本高、效率低、設備噸位大、設備投資大，并且只能制造尺寸規格小的鎂合金半固態坯料問題而提供的一種制備鎂合金半固態坯料的方法及裝置。本發明的方法由以下步驟完成a、等徑道角擠壓將經過機械加工的、直徑為40～150mm、長度為80～200mm的鎂合金圓柱體鑄坯料6放到等徑道角模具10的凹模5中，凹模5與等徑道角模具10中的凹模套3的徑向通孔3-1相連通，等徑道角模具10中的凸模8下行擠壓鎂合金圓柱體鑄坯料6，當凸模8下行至距凹模套3的徑向通孔3-1的上孔壁高度H時，凸模8上行，將下一根鎂合金圓柱體鑄坯料放入凹模5中，然后凸模8下行擠壓下一根鎂合金圓柱體鑄坯料，擠壓壓力為2000～8000kN，利用下一根鎂合金圓柱體鑄坯料將被擠壓過的上一根鎂合金圓柱體鑄坯料6從凹模套3的徑向通孔3-1中擠出，每根鎂合金圓柱體鑄坯料都經過一道次等徑道角擠壓；b、保溫球化處理將a步驟中經過一道次等徑道角擠壓的鎂合金圓柱體鑄坯料放入電阻爐中，在氬氣保護下將鎂合金圓柱體鑄坯料加熱至515～560℃，保溫15～30min。本發明的裝置由等徑道角模具10組成；等徑道角模具10由上模板1、固定環2、凹模套3、下模板4、凹模5、壓板7、凸模8、墊板9組成；下模板4的上端面與凹模套3的下端面固定連接，凹模套3內固定裝有凹模5，凹模5具有等徑道角通道5-1，等徑道角通道5-1與凹模套3的徑向通孔3-1相連通，凹模套3的上端面和凹模5的上端面分別與壓板7的下端面固定連接，凹模5與凸模8同軸，凸模8的上端裝在固定環2內，固定環2的上端面與墊板9的下端面固定連接，墊板9的上端面與上模板1固定連接。
本發明具有以下有益效果一、本發明采用新SIMA法制備鎂合金半固態坯料，由該制造方法生產出來的鎂合金半固態坯料，其晶粒尺寸在50μm以下，晶粒尺寸細小，并且晶粒球化程度高，由該鎂合金半固態坯料制成的構件力學性能高。二、本發明將經過機械加工的、直徑為40～150mm、長度為80～200mm的鎂合金圓柱體鑄坯料放入到本發明的等徑道角模具中，通過凸模下行及凸模擠壓下一根鎂合金圓柱體鑄坯料將被擠壓的上一根鎂合金圓柱體鑄坯料從凹模套的徑向通孔中擠出，鎂合金圓柱體鑄坯料只經過一道次等徑道角擠壓，因而該制造方法簡單、容易操作，采用該方法制造的鎂合金半固態坯料不僅可提高生產效率，還可節約成本。三、采用等徑道角模具，鎂合金圓柱體鑄坯料在道角處只有剪切變形，沒有擠壓變形，因而無需大噸位設備，設備投資小(可節省設備投資30％左右)，并且還可延長等徑道角模具的使用壽命。


圖1是本發明的等徑道角模具10中的凸模8下行至最低點擠壓鎂合金圓柱體鑄坯料6時的結構示意圖，圖2是圖1的A-A剖視結構示意圖，圖3是本發明的等徑道角模具10的結構示意圖，圖4是凹模5的俯視結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1、圖2、圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式由以下步驟完成a、等徑道角擠壓將經過機械加工的、直徑為40～150mm、長度為80～200mm的鎂合金圓柱體鑄坯料6放到等徑道角模具10的凹模5中，凹模5與等徑道角模具10中的凹模套3的徑向通孔3-1相連通，等徑道角模具10中的凸模8下行擠壓鎂合金圓柱體鑄坯料6，當凸模8下行至距凹模套3的徑向通孔3-1的上孔壁高度H時，凸模8上行，將下一根鎂合金圓柱體鑄坯料放入凹模5中，然后凸模8下行擠壓下一根鎂合金圓柱體鑄坯料，擠壓壓力為2000～8000kN，利用下一根鎂合金圓柱體鑄坯料將被擠壓過的上一根鎂合金圓柱體鑄坯料6從凹模套3的徑向通孔3-1中擠出，每根鎂合金圓柱體鑄坯料都經過一道次等徑道角擠壓；b、保溫球化處理將a步驟中經過一道次等徑道角擠壓的鎂合金圓柱體鑄坯料放入電阻爐中，在氬氣保護下將鎂合金圓柱體鑄坯料加熱至515～560℃，保溫15～30min。
具體實施方式
二結合圖1、圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的a步驟中，當凸模8下行至距凹模套3的徑向通孔3-1的上孔壁高度H為8～12mm時，凸模8上行。將高度H限定在此范圍內，不僅利于將下一根鎂合金圓柱體鑄坯料放入凹模5中，同時還利于凸模8對下一根鎂合金圓柱體鑄坯料進行擠壓，并借助此擠壓壓力將上一根被擠壓過的鎂合金圓柱體鑄坯料從凹模套3的徑向通孔3-1中擠出。
具體實施方式
三結合圖1、圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
二的不同點是本實施方式的a步驟中，當凸模8下行至距凹模套3的徑向通孔3-1的上孔壁高度H為10mm時，凸模8上行。采用上述技術參數，可方便的將鎂合金圓柱體鑄坯料從凹模套3的徑向通孔3-1內擠出。
具體實施方式
四結合圖1、圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的a步驟中，將經過機械加工的、直徑為120mm、長度為160mm的鎂合金圓柱體鑄坯料6放到等徑道角模具10的凹模5中。本制造方法與已有的SIMA法制備鎂合金半固態坯料的方法相比較，鎂合金圓柱體鑄坯料的直徑和長度均有不同程度的增加，用該制造方法利于制造大尺寸的鎂合金半固態坯料。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的b步驟中，鎂合金圓柱體鑄坯料的加熱溫度為540℃，保溫20min。采用適宜的加熱溫度和保溫時間，不僅利于晶粒細化，同時還可提高晶粒球化程度。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的b步驟中，鎂合金圓柱體鑄坯料的加熱溫度為520℃，保溫25min。采用上述加熱溫度和保溫時間，可使晶粒細化。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的b步驟中，鎂合金圓柱體鑄坯料的加熱溫度為555℃，保溫15min。對于尺寸較大的鎂合金圓柱體鑄坯料，可采用上述的加熱溫度和保溫時間，利于晶粒細化。
具體實施方式
八結合圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式的制備鎂合金半固態坯料的裝置由等徑道角模具10組成；等徑道角模具10由上模板1、固定環2、凹模套3、下模板4、凹模5、壓板7、凸模8、墊板9組成；下模板4的上端面與凹模套3的下端面固定連接，凹模套3內固定裝有凹模5，凹模5具有等徑道角通道5-1，等徑道角通道5-1與凹模套3的徑向通孔3-1相連通，凹模套3的上端面和凹模5的上端面分別與壓板7的下端面固定連接，凹模5與凸模8同軸，凸模8的上端裝在固定環2內，固定環2的上端面與墊板9的下端面固定連接，墊板9的上端面與上模板1固定連接。本發明的等徑道角模具10不僅能滿足新應變誘導工藝，而且還節省了工序，并可使鎂合金圓柱體鑄坯料晶粒細化。
具體實施方式
九結合圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
八的不同點是本實施方式的凹模5為倒圓錐體形狀，凹模5由一對相扣的半凹模5-2組成。采用此結構的凹模5，不僅利于凹模5與凹模套3的裝配，同時在凸模8下行向鎂合金圓柱體鑄坯料施加壓力時，還可保護凹模5不損壞，從而延長了等徑道角模具10的使用壽命。
具體實施方式
十結合圖1、圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式的等徑道角通道5-1的直徑Φ1≤徑向通孔3-1的孔徑Φ2。采用上述結構，可保證鎂合金圓柱體鑄坯料從徑向通孔3-1中擠出時無阻力或將阻力降至最小。其它組成及連接關系與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十一本實施方式的制備鎂合金半固態坯料的方法由以下步驟完成a、等徑道角擠壓將經過機械加工的、Φ150×200mm的AZ91D鎂合金圓柱體鑄坯料6放到等徑道角模具10的凹模5中，凹模5與等徑道角模具10中的凹模套3的徑向通孔3-1相連通，等徑道角模具10中的凸模8下行擠壓鎂合金圓柱體鑄坯料6，當凸模8下行至距凹模套3的徑向通孔3-1的上孔壁高度H為10mm時，凸模8上行，將下一根鎂合金圓柱體鑄坯料放入凹模5中，然后凸模8下行擠壓下一根鎂合金圓柱體鑄坯料，擠壓壓力為7000kN，利用下一根鎂合金圓柱體鑄坯料將被擠壓過的上一根鎂合金圓柱體鑄坯料6從凹模套3的徑向通孔3-1中擠出，每根鎂合金圓柱體鑄坯料都經過一道次等徑道角擠壓；b、保溫球化處理將a步驟中經過一道次等徑道角擠壓的鎂合金圓柱體鑄坯料放入電阻爐中，在氬氣保護下將鎂合金圓柱體鑄坯料加熱至550℃，保溫15min。在制造尺寸較大的鎂合金半固態坯料的同時，采用上述技術參數可使晶粒細化、晶粒球化程度高。為方便儲存和保管，可將鎂合金半固態坯料放入與室溫溫度相同的水中淬火，之后再放入倉庫儲存；還可直接將鎂合金半固態坯料放入模具中制成半固態成形制件。
權利要求
1.一種制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于它由以下步驟完成a、等徑道角擠壓將經過機械加工的、直徑為40～150mm、長度為80～200mm的鎂合金圓柱體鑄坯料(6)放到等徑道角模具(10)的凹模(5)中，凹模(5)與等徑道角模具(10)中的凹模套(3)的徑向通孔(3-1)相連通，等徑道角模具(10)中的凸模(8)下行擠壓鎂合金圓柱體鑄坯料(6)，當凸模(8)下行至距凹模套(3)的徑向通孔(3-1)的上孔壁高度(H)時，凸模(8)上行，將下一根鎂合金圓柱體鑄坯料放入凹模(5)中，然后凸模(8)下行擠壓下一根鎂合金圓柱體鑄坯料，擠壓壓力為2000～8000kN，利用下一根鎂合金圓柱體鑄坯料將被擠壓過的上一根鎂合金圓柱體鑄坯料(6)從凹模套(3)的徑向通孔(3-1)中擠出，每根鎂合金圓柱體鑄坯料都經過一道次等徑道角擠壓；b、保溫球化處理將a步驟中經過一道次等徑道角擠壓的鎂合金圓柱體鑄坯料放入電阻爐中，在氬氣保護下將鎂合金圓柱體鑄坯料加熱至515～560℃，保溫15～30min。
2.根據權利要求1所述的制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于a步驟中，當凸模(8)下行至距凹模套(3)的徑向通孔(3-1)的上孔壁高度(H)為8～12mm時，凸模(8)上行。
3.根據權利要求2所述的制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于a步驟中，當凸模(8)下行至距凹模套(3)的徑向通孔(3-1)的上孔壁高度(H)為10mm時，凸模(8)上行。
4.根據權利要求1所述的制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于a步驟中，將經過機械加工的、直徑為120mm、長度為160mm的鎂合金圓柱體鑄坯料(6)放到等徑道角模具(10)的凹模(5)中。
5.根據權利要求1所述的制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于b步驟中的鎂合金圓柱體鑄坯料的加熱溫度為540℃，保溫20min。
6.根據權利要求1所述的制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于b步驟中的鎂合金圓柱體鑄坯料的加熱溫度為520℃，保溫25min。
7.根據權利要求1所述的制備鎂合金半固態坯料的方法，其特征在于b步驟中的鎂合金圓柱體鑄坯料的加熱溫度為555℃，保溫15min。
8.一種制備鎂合金半固態坯料的裝置，其特征在于它由等徑道角模具(10)組成；等徑道角模具(10)由上模板(1)、固定環(2)、凹模套(3)、下模板(4)、凹模(5)、壓板(7)、凸模(8)、墊板(9)組成；下模板(4)的上端面與凹模套(3)的下端面固定連接，凹模套(3)內固定裝有凹模(5)，凹模(5)具有等徑道角通道(5-1)，等徑道角通道(5-1)與凹模套(3)的徑向通孔(3-1)相連通，凹模套(3)的上端面和凹模(5)的上端面分別與壓板(7)的下端面固定連接，凹模(5)與凸模(8)同軸，凸模(8)的上端裝在固定環(2)內，固定環(2)的上端面與墊板(9)的下端面固定連接，墊板(9)的上端面與上模板(1)固定連接。
9.根據權利要求8所述的制備鎂合金半固態坯料的裝置，其特征在于凹模(5)為倒圓錐體形狀，凹模(5)由一對相扣的半凹模(5-2)組成。
10.根據權利要求8所述的制備鎂合金半固態坯料的裝置，其特征在于等徑道角通道(5-1)的直徑(Φ1)≤徑向通孔(3-1)的孔徑(Φ2)。
全文摘要
制備鎂合金半固態坯料的方法及裝置，它涉及一種合金坯料的制備方法及裝置。本發明解決了傳統的SIMA法制備鎂合金半固態坯料存在晶粒尺寸大、晶粒球化度低問題及采用改進的SIMA法存在擠壓壓力大、設備投資大問題。本發明由以下步驟完成a.等徑道角擠壓利用凸模8下行擠壓下一根鎂合金圓柱體鑄坯料將上一根被擠壓過的鎂合金圓柱體鑄坯料6擠出；b.保溫球化處理將經過擠壓的鎂合金圓柱體鑄坯料在氬氣保護下加熱至515～560℃，保溫15～30min。本發明的裝置由等徑道角模具10組成，凹模5的等徑道角通道5－1與凹模套3的徑向通孔3－1相連通。利用該方法和裝置制成的鎂合金半固態坯料晶粒尺寸小、晶粒球化程度高。
文檔編號C22C1/06GK1718810SQ200510010178
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月13日 優先權日2005年7月13日
發明者羅守靖, 姜巨福, 王迎 申請人:哈爾濱工業大學