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CN109675947A - 一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法 - Google Patents

一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法 Download PDF

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张辉
蔡欢
胡加敏
蒋福林
傅定发
滕杰
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Abstract

一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，是在挤压机上，将镁合金棒材沿模腔入口送进无芯头的分流焊合模中，所述无芯头的分流焊合模中设有分流桥和焊合腔，利用摩擦和挤压变形产生的热使棒材和分流焊合模的温度升高，在模腔中，通过分流桥将镁合金棒材沿其轴向分割为至少2股，并在分流中发生第一次剪切塑性变形，随后，从分流桥另一端的出口焊合腔焊合挤出，在焊合中发生二次剪切塑性变形；重复上述连续挤压焊合过程至少2次。本发明方法，巧妙地引入连续挤压变形区内的剧烈剪切带(IISB)和分流焊合挤压产生的两次剪切变形，实现镁合金重复的焊合挤压大塑性变形，细化镁合金晶粒。本发明方法只需要在连续挤压机上使用一套无模芯的分流焊合模具，操作简单、实用，可广泛应用于连续生产高性能镁合金中小规格挤压制品上。

Description

一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法
技术领域
本发明涉及一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，具体是指一种利用连续挤压和无芯头的分流焊合模将镁合金棒材沿其轴向以塑性变形方式分割并焊合的细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，属于镁合金塑性加工成形技术领域。
背景技术
镁合金具有高的比强度、比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性能好，机械加工方便，尤其易于回收利用，具有环保特性，是列车、汽车、航空、航天等领域最具潜力的轻量化金属结构材料，具有广阔的应用前景。然而，由于镁和多数镁合金属密排六方结构，滑移系较少，因此，镁及镁合金的塑性变形相对较为困难，制约了变形镁合金的应用。研究表明，镁合金的力学性能和成形性能强烈地依赖于晶粒尺寸，细化晶粒不仅可提高镁合金的室温力学性能，还可激活新的滑移系，提高晶间协调变形能力，改善其塑性成形性能。
近几十年来，备受关注的大塑性变形(Severe plastic deformation,SPD)因为可以使镁和镁合金获得极细甚至纳米晶组织并改变其基面织构，从而大幅度提高镁合金材料的力学性能得以快速发展。常用于镁合金的大塑性变形技术有等径角挤压(ECAP)、累积轧制(ARB)、高压扭转、多向压缩(MAC)。随着大塑性变形的快速发展，更多组合的和连续的大塑性变形方法被相继提出，如挤压-剪切、往复挤压-压缩(CEC)等。但是，众多镁合金大塑性变形方法仍处在实验室研究阶段，能够应用到实际工业生产的方法非常有限。因此，本领域迫切需要开发可商业化应用大塑性变形方法。
连续挤压由于节省能源、大的剪切变形、高生产效率、可以生产均匀的大长产品等优点，已经广泛地应用于铝合金以及铜合金的生产，专利(ZL200610136873.0)也提出了“变形镁合金连续挤压方法”。连续挤压变形不同于常规挤压变形，常规挤压变形是完全靠截面尺寸的变化实现的，而在连续挤压过程中，材料在变形区会产生强烈的剪切带(IISB)，IISB不仅能改善变形的均匀性而且可以提高金属的塑性加工性。因此，在连续挤压过程中即使材料横截面尺寸不发生变化，材料也可实现变形。
焊合挤压是利用分流组合模先将金属分流成几股然后在焊合腔内汇合成挤压产品的挤压方法，广泛应用于铝合金和镁合金管材和空心型材生产上。专利(201410608045.7)公开了“细晶粒镁合金板材的挤压方法”，这种方法是取至少两块种类相同的镁合金块并叠合固定，然后将叠合固定的镁合金块加入挤压筒进行复合挤压，所述镁合金块同时从挤压模口挤出，得到同种镁合金复合挤压板材，将同种镁合金叠放在一起进行同步挤压加工，由于界面的存在，避免了挤压过程中各镁合金块产生相互流动，可以有效细化晶粒，从而提高最终挤压产品的力学性能。研究表明复合挤压AZ31镁合金板抗拉强度和延伸率均高于传统挤压材料，这种改善的力学性能归因于复合挤压近中心部位形成了更加均匀细小的晶粒组织和略化基面织构，取决于复合挤压过程中锭之间摩擦产生的剪切变形诱发的。然而，这种采用组合挤压锭的方法会存在结合面要处理且在加热过程中产生氧化等问题。
目前众多镁合金大塑性变形方法仅仅是实验室研究成果，不能应用于实际工业生产，本领域迫切希望能够提供商业化应用的细化镁合金晶粒生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种工艺简单、操作方便、镁合金晶粒细化效果明显的细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，是在挤压机上，将镁合金棒材沿模腔入口送进无芯头的分流焊合模中，所述无芯头的分流焊合模中设有分流桥和焊合腔，利用擦和挤压变形产生的热使棒材和模具的温度升高，在模腔中，通过分流桥将镁合金棒材沿其轴向分割为至少2股，并在分流中发生第一次剪切塑性变形，随后，从分流桥另一端的出口焊合腔焊合挤出，在焊合中发生第二次剪切塑性变形；重复上述连续焊合挤压过程至少2次。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，先将镁合金棒材和分流焊合模利用摩擦和挤压变形产生的热预热至300-350℃。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，挤压轮温度为200-300℃；挤压轮转速为5-10转/分钟。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，分流焊合模模腔横截面积为镁合金棒材横截面积的5-10倍。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，分流桥的体积占模腔体积的10-30％。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，分流桥的形状为一字型、二字型、三字型、Y型、十字叉型中的一种。本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合方法，分流焊合模具为无模芯的分流焊合模。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，重复焊合挤压2-5次。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，采用连续挤压机进行挤压。
本发明一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，采用连续挤压机生产镁合金挤压制品时，坯料入口直径与出口直径相等。
本发明提出一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，利用连续挤压变形热与摩擦热，并巧妙地引入连续挤压变形区内的剧烈剪切带(IISB)，以及分流焊合挤压的分流与焊合产生的两次剪切变形，以实现镁合金重复焊合挤压重复连续焊合，细化镁合金晶粒。
本发明采用上述方法，是利用连续挤压摩擦和金属塑性变形产生的热使棒材温度升高，将模具、挤压轮预热并达到塑性变形温度，对镁合金棒材进行连续挤压，通过设于焊合模中的分流桥将棒材沿轴线分割为多股，使多股镁合金材料在模腔中发生大变形量塑性变形，再加上在连续挤压变形区内形成的剧烈剪切带(IISB)的作用下，可以有效地细化镁合金的晶粒。重复上述挤压焊合过程，可以成倍数减小镁合金晶粒尺寸。有限元模拟分析表明：当采用“一字型”分流桥时，由于分流过程产生的第一次剪切变形和焊合过程产生的第二次剪切变形的总的真实应变量接近5。。
本发明针对目前众多镁合金大塑性变形方法仍处在实验室研究阶段，迫切希望能够推进到商业化应用的现状，提出的一种重复连续焊合方法，巧妙地引入连续挤压变形区内的剧烈剪切带(IISB)和分流焊合挤压产生的两次剪切变形，通过合理的工装和模具设计，材料在连续挤压后横截面形状和尺寸都可以保持不变，以实现镁合金重复的焊合挤压大塑性变形，细化镁合金晶粒。本发明方法只需要在连续挤压机上使用一套无模芯的分流焊合模具，操作简单、实用，可广泛应用于连续生产高性能镁合金中小规格挤压制品上。
附图说明
附图1为本发明原理图。
附图2为实施例1中镁合金棒料1的EBSD晶粒形貌图
附图3为实施例1中镁合金棒料1经第一次挤压焊合后的EBSD晶粒形貌图。
附图4为实施例1中镁合金棒料1经第二次挤压焊合后的EBSD晶粒形貌图。
图中：1—镁合金棒料，2—挤压轮，3—分流焊合模具，4—分流桥，5—堵头，6—挤压制品。
从附图2可以看出：镁合金棒料1晶粒形貌，平均晶粒尺寸为20.33μm；
从附图3可以看出：镁合金棒料1经第一次挤压焊合后的晶粒形貌，平均晶粒尺寸为11.50μm；
从附图4可以看出：镁合金棒料1经第二次挤压焊合后的晶粒形貌，平均晶粒尺寸为4.36μm；
从附图2-4可以看出，每经过一道次挤压焊合，镁合金晶粒尺寸较之前均下降一半以上。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1
直径为85mm半连续铸造AZ31镁合金锭，加热至350℃，在800T常规卧式挤压机上挤压制成直径为10mm的镁合金棒料1，其晶粒形貌如图2，平均晶粒尺寸为20.33μm。在室温下，将镁合金棒料1喂入LJ300连续挤压机轮槽内，然后进入一个无模芯的分流焊合模具3中挤压成形直径仍为10mm的镁合金挤压制品6，其晶粒形貌如图3，平均晶粒尺寸为11.50μm。
模具预热温度为320℃，挤压轮槽温度为260℃，挤压轮转速控制为6转/分钟；挤压制品进入冷却槽冷却后的温度为50-60℃，完成第一次挤压；
再将直径为10mm的第一次挤压镁合金挤压制品6在室温下喂入连续挤压机轮槽内，并进入一个无模芯的分流焊合模具中挤压成形直径仍为10mm的镁合金挤压制品，其晶粒形貌如图4，平均晶粒尺寸为4.36μm。模具预热温度为320℃，挤压轮槽温度为260℃，挤压轮转速控制为6转/分钟；挤压制品进入冷却槽冷却后的温度为50-60℃，完成第二次挤压；
将各道挤压制品进行拉伸试验，其结果如表1。
表1平均晶粒尺寸和力学性能
从表1可以看出：第一道次挤压后的抗拉强度和延伸率明显高于坯料的抗拉强度和延伸率，而第二道次挤压后的抗拉强度和延伸率又明显高于第一道次挤压后的抗拉强度和延伸率，表明力学性能得到大幅度提高。

Claims (10)

1.一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，是在挤压机上，将镁合金棒材沿模腔入口送进无芯头的分流焊合模中，所述无芯头的分流焊合模中设有分流桥和焊合腔，利用摩擦和挤压变形产生的热使棒材和分流焊合模的温度升高，在模腔中，通过分流桥将镁合金棒材沿其轴向分割为至少2股，并在分流中发生第一次剪切塑性变形，随后，从分流桥另一端的出口焊合腔焊合挤出，在焊合中发生二次剪切塑性变形；重复上述连续挤压焊合过程至少2次。
2.根据权利要求1所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，，其特征在于：先将镁合金棒材和分流焊合模利用摩擦和挤压变形产生的热预热至300-350℃。
3.根据权利要求1所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：挤压轮温度为200-300℃；挤压轮转速为5-10转/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：分流焊合模模腔横截面积为镁合金棒材横截面积的5-10倍。
5.根据权利要求1所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：分流桥的体积占模腔体积的10-30％。
6.根据权利要求5所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：分流桥的形状为一字型、二字型、三字型、Y型、十字叉型中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：分流焊合模具为无模芯的分流焊合模。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：重复焊合挤压2-5次。
9.根据权利要求8所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：采用连续挤压机进行挤压。
10.根据权利要求9所述的一种细化镁合金晶粒的重复连续焊合挤压方法，其特征在于：采用连续挤压机生产镁合金挤压制品时，坯料入口直径与出口直径相等。
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