[发明专利]镁合金的复合挤压加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合挤压加工方法，特别是涉及一种镁合金的复合挤压加工方法。

背景技术

镁合金具有密度小，比模量最高和比强度仅次之钛合金处于第二位的金属结构材料，并具有阻尼减震性能良好、电磁屏蔽性能和切削加工性能优良等特点，被誉为21世纪可绿色回收且不污染环境的清洁结构材料，尤其是实现构件/零件的轻量化，具有不可替代的优势。随着航空航天器、武器装备、交通工具、电子产品等工业轻量化的发展需求，镁合金的应用前景非常广阔。

镁属于六方晶体结构，在室温下只有一组基面滑移系可以开动，因而塑性较差，难以进行冷、温塑性成形，其应用范围受到了一定程度的限制，致使镁合金达不到铝合金应用的普及水平。因此，提高镁合金材料的塑性、强度已成为科技工作者研究的热点和重点。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提升，且延伸率也明显提高。挤压变形就是其中一种比较理想的细化晶粒组织，提高力学性能的变形方式。挤压变形生产的零件综合性能优异，在武器装备、交通工具中完全可以替代部分铝合金次承力构件，如轮毂、轮辋、瞄具等。我国变形镁合金材料的研发起步较晚，武器装备、航空航天器用高性能镁合金板材、棒材、型材基本依靠进口，民用产品以中低强度的压铸镁合金件为主。因此，研究和开发性能优异、多规格的变形镁合金材料意义重大。

目前，工业生产中变形镁合金的挤压工艺为：挤压温度300℃～450℃、挤压比10∶1～100，挤压速度0.5m/min～2m/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减小，挤压成形的镁合金材料出现裂纹、性能不稳定等问题。近年来，大塑性变形技术得到了快速的发展，主要有：等通道角挤压(ECAE，Equal Channel Angular Extrusion)、高压扭转(HPT)、往复挤压(CEC)等，其中，等通道角挤压具有显著细化晶粒组织、改善力学性能而发展较快，但是由于这种挤压方式仅仅是一个单向等通道的挤压方式，挤压比为1，挤压温度250℃～380℃、挤压速度0.1m/min～0.8m/min，每道次挤压后，镁合金晶粒尺寸细化程度达到2∶1～6∶1，需要经过多道次挤压才能够将镁合金晶粒细化到较小尺寸，据现有文献资料报道，将晶粒尺寸为20μm的镁合金坯料在250℃时采用ECAE技术挤压变形，需要经过8～12道次的挤压变形，镁合金的晶粒尺寸才能达到2μm左右，且每道次变形后都要经过热处理，消除应力分布不均与加工硬化，改善挤压性能。中国专利号为200710092779.4的发明了一种单向挤压径向流动变径角的挤压方法，挤压温度200℃～350℃、挤压速度1.0m/min～2.5m/min、挤压比20～40，采用初始晶粒大小为200μm的坯料，经过一道次挤压后晶粒细化为20μm左右，但在模具竖直的挤压腔通道与横向变径角型腔通道的过渡区域，变形应力集中导致模具开裂，控制复杂，模具寿命短，成本相对较高，且镁合金表面质量差，性能不稳定。因此，现代化工业生产对镁合金生产效率的提高，以及镁合金产品性能的不断提升，ECAE等技术的推广应用还有相当大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镁合金的复合挤压加工方法，其采用复合挤压变形，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，减少挤压变形过程中的热处理道次与复杂的多道次挤压变形工序。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种镁合金的复合挤压加工方法，其特征在于，该方法采用复合挤压模具，复合挤压模具包括上端竖直挤压通道、下端竖直挤压通道、中间三个C型通道组合成的S型挤压通道，该方法包括以下步骤：

步骤一：先将镁合金铸坯材料进行均匀化处理；

步骤二：再加热复合挤压模具，复合挤压模具温度比镁合金坯料温度低10℃～30℃，复合挤压模具加热后在挤压通道内均匀涂抹润滑剂；

步骤三：将经过均匀化处理的镁合金坯料加热到250℃～400℃，保温1h～2h，放入复合挤压模具的挤压腔中，从镁合金坯料的上端进行单向等速挤压，使镁合金坯料由竖直通道向S型通道流动挤压变形，其中挤压速度为0.3m/min～1.2m/min、挤压比为4～36。

优选地，所述步骤三是将经过均匀化处理的镁合金坯料加热至350±5℃，保温时间为1h，复合挤压模具温度控制在330±5℃，将已加热的镁合金坯料放入复合挤压模具型腔中，以挤压速度为0.6m/min，挤压比为9，从镁合金坯料的上端进行单向等速挤压，使镁合金坯料由竖直通道向S型通道流动挤压变形。