專利名稱：連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有色金屬塑性成型技術，高強韌性鎂合金或其它合金細晶材料的制備和型材的生產；尤其涉及連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具。
背景技術：
鎂合金是一種最輕的工程結構金屬材料，具有密度小、比強度高、良好的導電能力和電磁屏蔽性能、減振和阻尼性能好且容易回收利用等特點；鎂合金廣泛用于攜帶式的器械和汽車行業中，達到輕量化的目的。鎂合金可應用于汽車、航空航天以及3C產品(家用電器、計算機、通信電子器件)等領域。例如手機，筆記本電腦上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它們的枝撐框架和背面的殼體上使用了鎂合金。鎂合金的比重雖然比塑料重，但單位重量的強度和彈性率比塑料高。所以，在同樣的強度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。但是，由于鎂合金的密排六方結構使得它的塑性成型能力差，并且鎂合金的強度低，抗腐蝕性能差，在一定的程度上限制了鎂合金的廣泛應用。目前，通過細化晶粒來改善其微觀組織是一種有效的提高鎂合金材料成型能力的方法。近年來在鎂合金晶粒細化方面開展了一些研究，主要是通過大變形處理方法如等徑角擠壓，攪拌摩擦焊，交叉軋制，異步軋制，往復擠壓，多向鍛造，累積疊軋工藝和道次變形量很大的熱軋來使晶粒得到細化。但很多這樣的方法由于其自身工藝的限制，細化晶粒的作用有待提高，細化鎂合金材料微觀組織、提高鎂合金組織均勻性的作用還不明顯。

發明內容
針對現有技術中的上述不足，本發明的主要目的在于細化鎂合金材料微觀組織、提高鎂合金組織均勻性，提供一種通過激冷鑄造-擠壓-剪切復合變形的連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具。本發明的技術方案如下連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法，其特征在于包括如下步驟
(1)將高溫或半固態鎂合金熔體和鎂合金復合變質劑從澆口杯中注入鑄擠模具內腔；
(2)在鑄擠模具上設置有起激冷作用的冷卻水套，高溫熔體和鎂合金復合變質劑注入后，鑄擠模具連同冷卻水套一起，以速度Vl移動；柱塞以速度V2在鑄擠模具內腔內運動，擠壓高溫鎂合金熔體，柱塞擠壓時的運動方向與鑄擠模具的運動方向相反，速度V1的數值小于速度V2的數值；
(3)當鑄擠模具內的高溫鎂合金熔體冷卻到半固態或固態時，柱塞以V2的速度大小反向運動到澆口杯左側，繼續從澆口杯中注入高溫熔體和變質劑；
(4)柱塞以速度V2擠壓再次注入的高溫鎂合金熔體，如此循環運動；在整個過程中，鑄擠剪模具始終以速度V1沿著與V2相反的方向移動，柱塞始終以速度V2擠壓從澆口杯中不斷進入的高溫鎂合金熔體，在擠壓后以\的速度大小反向運動到澆口杯左側。進一步的特征是所述的鎂合金復合變質劑，包括C2C16、Zr、CaCO3三種組分，三種組分的質量配比范圍為I. 5—2. 5 :0. 8—1. 8 :0. 7—1. 6，變質劑加入的質量是高溫鎂合金熔體質量的O. 1-0. 12%。前述三種組分的質量配比為2:1:1。所述的速度V1的數值為速度V2數值的1/3。相對于現有技術，本發明的工藝方法，具有以下有益效果
I、本專利將亞快速凝固細化鎂合金晶粒(模具外部為水套，冷卻方式為快速水冷)與復合塑性變形(擠壓和兩次連續剪切)細化晶粒有機結合在一個工藝中，該工藝中，柱塞正方向擠壓和模具反方向運動相結合對鎂合金熔體(或半固態)還料施加復合擠壓力，柱塞和模具相互配合，連續從澆口注入金屬液，可以不間斷激冷鑄造及擠壓剪切成型高性能鎂合金棒材(型材)。2、鎂合金材料的生產制備提供一種簡單、效率高、連續生產、使用方便、應用廣泛、適用的材料廣泛、模具樣式靈活的方法。3、在同一臺設備上同時完成了激冷鑄造和擠壓、剪切三道工序，相比熱擠壓工藝省去了鑄錠加熱、開坯及熱擠等多道工序，減少了廢料，節約了能源。設備簡單集中，投資少，污染少，占地面積小，建造速度快，生產成本低。設備結構與工藝很容易在工業上應用，可連續穩定進行生產，簡化生產工藝，縮短生產周期，使生產效率大大提高，便于自動控制實現自動化。4、省去了鑄錠銑面，減少了熱擠后的切頭切尾，擠壓余料可連續使用，成材率提高約 15% 20%。5、連續激冷鑄擠剪技術是一種柔性加工技術，通過改變模具結構就可以開發新產品，擴大范圍，可實現小批量多品種的生產，可應用與鎂鋁合金的回收。具有亞快速凝固和在擠壓三向壓力及連續剪切作用下塑性變形的特點，可生產難變形合金棒材(型材)，并提高力學性能。6、連續激冷鑄擠剪技術是鎂合金連續激冷鑄造技術與連續擠壓技術的進一步發展，將液態金屬與擠壓變形技術合為一體。國際上尚未見到采用該技術進行連續鑄擠的報道，也未檢索到相關發明專利。7、本裝置生產的鎂合金材料強塑性好，提供的制備工藝簡單，顯著降低產品成本的同時具有環境友好特征，應用前景廣闊。


圖I是本發明鑄擠模具結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步說明。本發明連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法，其特征在于包括如下步驟 1、將高溫或半固態鎂合金熔體和鎂合金復合變質劑從澆口杯中注入鑄擠模具內腔；鎂合金復合變質劑可以選用現有技術的合適配方；本發明提供的一種具體的鎂合金復合變質齊U，其包括C2ci6、Zr、CaCO3S種組分，三種組分的質量配比范圍為I. 5 — 2. 5 :0. 8 —1.8 :
O.7—1. 6，變質劑加入的質量是高溫鎂合金熔體質量的O. 1-0. 12% ;三種組分的質量配比最佳范圍為2:1:1;
2、在鑄擠模具上設置有起激冷作用的冷卻水套，高溫熔體和鎂合金復合變質劑注入后，鑄擠模具連同冷卻水套一起，以速度Vl移動；柱塞以速度V2在鑄擠模具內腔內運動，擠壓高溫鎂合金熔體，柱塞擠壓時的運動方向與鑄擠模具的運動方向相反；速度V1的數值小于速度V2數值，約為速度V2的1/3 ；
3、當鑄擠模具內的高溫鎂合金熔體冷卻到半固態或固態時，柱塞以V2的速度大小反向運動到澆口杯左側,繼續從澆口杯中注入高溫熔體和變質劑；
4、柱塞以速度V2擠壓再次注入的高溫鎂合金熔體，如此循環運動；在整個過程中，鑄擠剪模具始終以速度V1沿著V2相反的方向移動，柱塞始終以速度V2擠壓從澆口杯進入的高溫鎂合金熔體，在擠壓后以V2的速度大小反向運動到澆口杯左側；從而達到連續鑄擠、連續進給高溫熔體的目的。起冷卻作用的冷卻水套，通常是通入一定流速的冷卻水，利用冷卻水與高溫鎂合金熔體的溫度差，產生激冷效果。每次從澆口杯中注入鑄擠剪模具內腔的高溫鎂合金熔體的體積(數量)，不超過鑄擠模具出料口的最低面(如圖中所示的虛線)，即需要控制高溫鎂合金熔體從鑄擠剪模具出料口以液態或半固態流出，只有在柱塞的推動(擠壓)下，才使固態鎂合金通過出料口被擠出。本發明主要鎂合金晶粒細化的原理是1)加變質劑細化；2)柱塞和鑄擠模具周期性運動，有效地發揮模壁的激冷效果，溫度起伏和對流的沖刷作用，增加游離晶數目；3)冷卻水激冷細化晶粒；4)后期的擠壓剪切大塑性變形細化晶粒。如圖I中，本發明的鑄擠剪模具，包括帶有內腔的模具本體1，在模具本體I的一側設置有澆口杯2，澆口杯2與模具本體I的內腔連通，在模具本體I上設置有冷卻水套3，冷卻水套3與冷卻水管4連接，水管4內的冷卻水以一定的速度流過，與模具本體I、冷卻水套3的壁產生熱交換作用而起到冷卻效果。在模具本體I的內腔內設置有柱塞5，柱塞5與擠壓設備相連接，柱塞5以一定的速度在內腔內往返運動。模具本體I的另一側，設置有出料口 6。模具本體I連同冷卻水套3以一定的速度V1運動，柱塞5以速度V2擠壓高溫鎂合金熔體；速度V2大于速度V1，為V1的3倍。當模具本體I內的高溫鎂合金熔體冷卻到半固態或固態時，柱塞5以V2的速度大小反向運動到澆口杯2左側，繼續從澆口杯2中注入高溫熔體和變質劑；在整個過程中，模具本體I與冷卻水套3始終以速度V1移動，柱塞5始終以速度V2擠壓從澆口杯2進入的高溫鎂合金熔體；從而達到連續鑄擠、連續進給高溫熔體的目的。每次從澆口杯2中注入模具本體I內腔的高溫鎂合金熔體的體積，不超過出料口 6的最低面，使高溫鎂合金熔體不能自動從出料口 6流出，只有經柱塞5擠壓后，固態的鎂合金塊體才能從出料口 6中推出。
需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明技術方案而非限制技術方案，盡管申請人參照較佳實施例 對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具，其特征在于包括如下步驟 (1)將高溫或半固態鎂合金熔體和鎂合金復合變質劑從澆口杯中注入鑄擠模具內腔； (2)在鑄擠模具上設置有起激冷作用的冷卻水套，高溫熔體和鎂合金復合變質劑注入后，鑄擠模具連同冷卻水套一起，以速度Vl移動；柱塞以速度V2在鑄擠模具內腔內運動，擠壓高溫鎂合金熔體，柱塞擠壓時的運動方向與鑄擠模具的運動方向相反，速度V1的數值小于速度V2的數值； (3)當鑄擠模具內的高溫鎂合金熔體冷卻到半固態或固態時，柱塞以V2的速度大小反向運動到澆口杯左側，繼續從澆口杯中注入高溫熔體和變質劑； (4)柱塞以速度V2擠壓再次注入的高溫鎂合金熔體，如此循環運動；在整個過程中，鑄擠剪模具始終以速度V1沿著與V2相反的方向移動，柱塞始終以速度V2擠壓從澆口杯中不斷進入的高溫鎂合金熔體，在擠壓后以\的速度大小反向運動到澆口杯左側。
2.根據權利要求I所述連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具，其特征在于所述的鎂合金復合變質劑，包括C2C16、Zr、CaCO3H種組分，三種組分的質量配比范圍為I. 5 — 2. 5 :0. 8—1.8 0. 7 — I. 6，變質劑加入的質量是高溫鎂合金熔體質量的O.1-0. 12%。
3.根據權利要求2所述連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具，其特征在于三種組分的質量配比為2 1 :1。
4.根據權利要求I一3任一所述連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具，其特征在于所述的速度V1的數值為速度V2數值的1/3。
全文摘要
本發明提供了一種連續激冷鑄擠剪細化鎂合金材料微觀組織的方法及模具，以液態鎂合金為原料，用外部安裝有激冷水套的水冷擠壓模具為結晶器，模具，模具內的金屬液在水冷結晶器亞快速冷卻凝固后，呈固態或半固態并承受連續擠壓和剪切的外力，制備出鎂合金棒材(型材)。本發明，消除鎂合金鑄造組織中的縮孔、疏松等缺陷,還可以改善零件的微觀組織和力學性能,得到細化的表面細晶組織，可以降低生產成本和成形設備噸位；具有亞快速凝固和在擠壓三向壓力及連續剪切作用下塑性變形的特點，可生產難變形合金棒材(型材)，并提高力學性能。該工藝也可以用來回收鎂鋁合金，從而復用鎂鋁合金材料。
文檔編號B22D27/11GK102615273SQ20121011986
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者周志明, 夏華, 楊明波, 胡紅軍, 黃偉九 申請人:重慶理工大學