[发明专利]一种镁合金挤压变形加工装置及加工方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金加工技术领域，特别涉及一种镁合金挤压变形加工装置及加工方法。

背景技术

镁及镁合金的密度低，是目前金属结构材料中最轻的材料，并具有比强度和比刚度高、电磁屏蔽能力强、切削加工性能好及抗震能力强等优点。在汽车、航天航空、电子通讯和轻量化制造等领域具有广阔的应用前景，成为减重节能和保护环境的首选材料，被誉为21世纪的“绿色工程材料”。但镁是密排六方结构的金属，其轴比(c/a)值为1.623，接近理想的密排值1.633，室温下滑移系少，塑性变形能力差，容易导致脆性断裂，冷加工性能不好。目前镁合金的成型方法主要以铸造为主，但其铸态组织晶粒粗大，力学性能较低。为了提高其力学性能和细化组织。通过热挤压加工处理能够很好的细化镁合金晶粒，试样在受到三向压应力的作用促使棱锥面和棱柱面等非基面滑移系被激活，从而不仅能提高其塑性，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而大大增加，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、国防军工及航天航空等领域。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，其挤压比一般在10～100变化，镁合金坯料的挤压温度通常为300～450℃，挤压速度通常为0.1m/min～2.5m/min，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。现在最为常用的镁合金的挤压变形方式为ECAE(Equal channel angular extrusion)的等径角挤压，参见图2，这是一种利用纯剪切变形细化晶粒的大塑性变形加工方法，即将被挤压的镁合金的坯料4，通过挤压模9上弯曲成90°角的单向等径挤压的通道8进行挤压，使镁合金坯料在一个挤压杆7的压力下，由等径挤压通道一端向另一端运动，使镁合金坯料在经过等径挤压通道的90°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，但是这种挤压比为1，挤压温度为200～350℃，挤压速度为0.1～1.5m/min，其每挤压一道次后，镁合金晶粒尺寸细化程度不明显，需经过多道次挤压才能够将镁合金晶粒细化到较小尺寸。如在300℃将晶粒为230μm的镁合金坯料采用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8μm以下；将晶粒为40μm的镁合金坯料在250℃时采用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1μm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，但是因其采用多道次的挤压加工序多，每道次的挤压时间也相对较长，生产效率低，生产成本高；并且由于ECAE技术的挤压速度为0.1～1.5m/min，如果要提高单向挤压的挤压速度，又会产品质量下降。因此，在工业化生产需要提高生产效率的情况下，ECAE技术显然存在不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种镁合金挤压变形加工装置及加工方法，它采用锥台强剪切挤压双侧流动挤压变形，既能够极大地提高镁合金晶粒的细化效果，使镁合金材料的综合力学性能得到提高，又能够实现在低温挤压状态下不降低挤压速度，提高镁合金挤压变形加工的生产效率。

本发明采用的技术方案是：一种镁合金挤压变形加工装置，包括凸模、上凹模和下凹模，上凹模位于下凹模的上方，与下凹模之间设有通道；上凹模的中心处设有通孔，凸模插装在上凹模中心处的通孔内；下凹模上表面上对应于通孔处设有圆锥台，圆锥台截面上小下大。

一种利用上述的镁合金挤压变形加工装置的镁合金挤压变形加工方法，包括如下步骤：

1）对镁合金坯料进行均匀化处理；

2）对凸模、上凹模和下凹模加热，并在上凹模3和下凹模6之间的通道腔内均匀涂抹润滑剂；然后将上凹模和下凹模组装固定在挤压机工作台上；

3）将均匀化处理后的镁合金坯料加热，然后放入在已加热的上凹模中心处的通孔中，然后将凸模插装在通孔内；