專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對(duì)擠壓方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
鎂是地殼表面礦產(chǎn)資源最豐富的金屬，我國(guó)占世界鎂礦資源的1/3。鎂是金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，其密度僅為1.74g/cm3，是鋁密度的2/3。鎂合金具有高比強(qiáng)度和比剛度、良好的耐沖擊性和抗震性能、電磁屏蔽性能好的特點(diǎn)，有望代替工程塑料作殼體材料，被譽(yù)為21世紀(jì)可回收且不污染環(huán)境的清潔材料。在航空航天、汽車(chē)、火車(chē)、輕軌列車(chē)、電子通訊、家用電器等領(lǐng)域，將獲得日益廣泛的應(yīng)用。
鎂合金屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其塑性差、難進(jìn)行塑性加工，特別是鎂合金薄板生產(chǎn)更困難，生產(chǎn)效率低，成本高，價(jià)格昂貴，限制了鎂合金應(yīng)用范圍，使鎂合金達(dá)不到鋁合金普及水平。為此，尋找低成本、高效、性能優(yōu)異、可進(jìn)一步塑性加工成型的生產(chǎn)鎂合金棒材、板材、型材、管材新的工藝方法，成為國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的研究課題。
傳統(tǒng)鎂合金的加工方法只能是熱擠壓，擠壓溫度在300～400℃之間，擠壓速度較慢，生產(chǎn)效率低，擠出棒材及板材晶粒較大，主要性能指標(biāo)為延伸率，國(guó)內(nèi)和國(guó)際延伸率標(biāo)準(zhǔn)最佳在12％左右。傳統(tǒng)的鎂合金熱擠壓方法是將坯料加熱到一定溫度放入模具中，模具預(yù)熱一定溫度一般低于坯料加熱溫度，形成一個(gè)正向溫度場(chǎng)，也就是說(shuō)坯料心部溫度明顯高于坯料表面溫度，加上模具內(nèi)表面摩擦影響，使擠壓時(shí)坯料心部金屬變形流動(dòng)速度明顯高于坯料表面，造成顯著的塑性變形不均勻，如果坯料和模具溫度均較低，很易使鎂合金擠壓時(shí)開(kāi)裂。
要提高鎂合金塑性，全世界科技工作者都在努力改善或提高鎂合金塑性，只有使鎂合金晶粒細(xì)化到10μm以下，才有可能大幅度提高鎂合金塑性，這樣鎂合金才有利于后續(xù)塑性加工成型零件。
按傳統(tǒng)鎂合金多道次熱軋和多道次冷軋細(xì)化晶粒達(dá)到10μm以下尺寸非常困難。目前國(guó)內(nèi)外細(xì)化鎂合金晶粒的新工藝方法主要有快速凝固粉末包套擠壓再熱軋、機(jī)械合金化粉末包套擠壓致密再熱軋、等通道角式擠壓(ECAE)方法。這些方法可以使鎂合金晶粒細(xì)化到亞微米數(shù)量級(jí)，然而，這些方法成本高，很難用于大批量生產(chǎn)。目前較成熟的新工藝方法是快速凝固雙輥鑄軋工藝，可以使鎂合金晶粒尺寸達(dá)到10μm以下，如國(guó)內(nèi)的重慶大學(xué)、福州華鎂新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司、澳大利亞國(guó)家科技和工業(yè)研究中心等均采取快速凝固鑄軋鎂合金板材。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決鎂合金擠壓存在顯著的塑性變形不均勻、晶粒細(xì)化效果不顯著、擠壓時(shí)易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，提供一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，該方法可一次擠壓制取10μm以下晶粒尺寸的鎂合金，有利于改善或提高鎂合金塑性，它適用于擠壓成形制造鎂合金的棒材、板材、型材或管材，其按照下述步驟進(jìn)行加工預(yù)熱擠壓模具，控制擠壓模具溫度與坯料表面溫度一致或高于坯料表面溫度30～50℃，將鎂合金坯料放入模具中，心部與表面溫度差控制在100～320℃范圍，擠壓比可選擇在2～64范圍內(nèi)、擠壓模沖頭速度為20～30mm·S-1的條件下進(jìn)行擠壓。
與傳統(tǒng)鎂合金熱擠壓工藝方法不同，本發(fā)明采用反向溫度場(chǎng)擠壓時(shí)，鎂合金坯料心部與表面溫度為20～400℃范圍內(nèi)，坯料表面溫度明顯高于坯料心部溫度，鎂合金坯料反向溫度場(chǎng)溫度梯度按坯料心部與表面溫度差控制，溫度差控制在100℃～320℃之間，坯料尺寸較大時(shí)溫度差取上限，坯料尺寸較小時(shí)溫度差取下限。擠壓時(shí)，坯料形成表面高于心部的溫度梯度，稱(chēng)之為反向溫度場(chǎng)。由于反向溫度場(chǎng)擠壓鎂合金改善了變形的不均勻性，使擠壓件尾部凹坑變小；由于反向溫度場(chǎng)擠壓變形相對(duì)較均勻，因此擠壓件的晶粒大小也較均勻，防止了擠壓棒材粗晶環(huán)形成。按本發(fā)明給出的反向溫度場(chǎng)擠壓鎂合金，擠壓比在4～6時(shí)可細(xì)化晶粒到10μm以下，最佳可控制在5μm以下。反向溫度場(chǎng)擠壓與一般熱擠壓相比可大幅度細(xì)化晶粒，因此一般鎂合金擠壓后的塑性均有較大提高，延伸率可達(dá)到20％以上，比傳統(tǒng)熱擠壓鎂合金件延伸率12％左右有較大提高，其延伸率至少提高66.7％，有利于實(shí)現(xiàn)鎂合金后續(xù)的塑性加工成型零件。本發(fā)明不僅適用于鎂合金，也適用于鋅合金、鈦合金、鋁合金，主要對(duì)難變形材料意義較大。本方法可以一次擠壓成形，最大擠壓比達(dá)到64不產(chǎn)生裂紋；擠壓速度較快，擠壓沖頭速度可達(dá)20mm·S-1以上，可提高材料利用率10～20％；最佳擠壓比在4～6的情況下，可使AZ31鎂合金晶粒細(xì)化，平均晶粒尺寸可細(xì)化到10μm以下，AZ31鎂合金其抗拉強(qiáng)度達(dá)到270MPa左右，延伸率達(dá)到24～28％，它具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)效率高、使鎂合金塑性提高的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式按照下述步驟進(jìn)行加工為了減小摩擦，擠壓模具的表面采取傳統(tǒng)的油基石墨或水基石墨潤(rùn)滑；預(yù)熱擠壓模具，控制擠壓模具溫度與坯料表面溫度一致或高于坯料表面溫度30～50℃，坯料放入模具中，保證坯料表面溫度明顯高于心部溫度，心部與表面溫度差控制在100～320℃范圍，鎂合金坯料心部與表面的溫度可調(diào)整在20～300℃或20～200℃范圍內(nèi)，大尺寸坯料可在80～400℃范圍內(nèi)；然后在擠壓比為2～64、擠壓模沖頭速度為20～30mm·S-1的條件下進(jìn)行擠壓。本實(shí)施方式的擠壓比在2～64范圍均可實(shí)現(xiàn)，不產(chǎn)生裂紋；選擇大擠壓比時(shí)，必須考慮擠壓時(shí)熱效應(yīng)產(chǎn)生的溫度升高的影響。反向溫度場(chǎng)擠壓過(guò)程開(kāi)始時(shí)坯料心部金屬流動(dòng)速度明顯低于坯料邊部金屬流動(dòng)速度，由于擠壓升溫及擠壓過(guò)程熱傳導(dǎo)比開(kāi)始加快，使擠壓坯料后半部分的坯料表面與心部溫度差減小，也就是說(shuō)擠壓過(guò)程反向溫度場(chǎng)的溫度梯度是變化的。為了保證整個(gè)擠壓過(guò)程始終在反向溫度場(chǎng)狀態(tài)，高的擠壓速度是有利的，為此本發(fā)明的擠壓速度高于傳統(tǒng)擠壓速度，選擇在20～30mm·S-1。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式以AZ31鎂合金為例進(jìn)行說(shuō)明，具體工藝條件如下a、坯料尺寸Φ40×60mm，擠壓比為6.25，擠出棒材Φ16mm；b、反向溫度場(chǎng)的溫度梯度按四種方案控制，坯料表面與心部溫度差分別為150℃、200℃、250℃、300℃；c、擠壓模具內(nèi)表面涂油基石墨潤(rùn)滑，擠壓模具預(yù)熱溫度分別按b中的溫度進(jìn)行；d、擠壓沖頭運(yùn)動(dòng)速度為22mm·S-1；e、四種方案的擠壓力分別為1000MPa、800MPa、600MPa、500MPa；f、擠壓比為4～6的反向溫度場(chǎng)擠壓AZ31鎂合金的晶粒尺寸在10μm以下，如果擠壓溫度梯度在100℃～150℃情況下，可獲得最佳晶粒尺寸為5μm以下；AZ31鎂合金在擠壓比6.25反向溫度場(chǎng)擠壓的材料性能為抗拉強(qiáng)度σb272MPa，延伸率δ24％，抗拉強(qiáng)度σb最高可達(dá)275MPa，延伸率達(dá)到28％。
權(quán)利要求
1.一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于它按照下述步驟進(jìn)行加工預(yù)熱擠壓模具，將鎂合金坯料放入擠壓模具中，控制擠壓模具溫度與坯料表面溫度一致或高于坯料表面溫度30℃～50℃，坯料心部與表面溫度差在100℃～320℃范圍內(nèi)，然后在擠壓比為2～64、擠壓模沖頭速度為20～30mm·S-1的條件下進(jìn)行擠壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于擠壓模具的內(nèi)表面涂有油基石墨或水基石墨潤(rùn)滑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于鎂合金坯料心部與表面溫度為80℃～400℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于鎂合金坯料心部與表面溫度為20℃～300℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于鎂合金坯料心部與表面溫度為20℃～200℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于擠壓比為4～6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于擠壓比為6.25。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，其特征在于擠壓沖頭運(yùn)動(dòng)速度為22mm·S-1。
全文摘要
一種制造微晶鎂合金反向溫度場(chǎng)擠壓方法，它是對(duì)擠壓方法的改進(jìn)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的預(yù)熱擠壓模具，將鎂合金坯料放入擠壓模具中，控制擠壓模具溫度與坯料表面溫度一致或高于坯料表面溫度30℃～50℃，坯料心部溫度與表溫度差在20℃～400℃范圍內(nèi)，在擠壓比為2～64、擠壓模沖頭速度為20～30mm·S
文檔編號(hào)B21C31/00GK1672828SQ20051000990
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者王爾德, 于洋, 王曉琳, 胡連喜, 劉祖巖, 孫宏飛 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)