用于弱基面織構(gòu)鎂合金薄板帶材的連續(xù)擠壓加工裝置及擠壓加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金板材性能增強(qiáng)的連續(xù)擠壓加工方法，具體是一種用于弱基面織構(gòu)鎂合金薄板帶材的連續(xù)擠壓加工裝置以及通過該裝置的連續(xù)擠壓方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金作為當(dāng)前應(yīng)用最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，由于其較高的比強(qiáng)度和比剛度、電磁屏蔽性好、良好的切削加工能力、好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性以及易回收等優(yōu)點(diǎn)被航空航天、3C電子產(chǎn)品、交通運(yùn)輸以及國防等領(lǐng)域廣泛青睞，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色能源材料”。然而由于其獨(dú)特的密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下僅有2個(gè)獨(dú)立的滑移系開動，滿足不了塑性變形需要的5個(gè)獨(dú)立滑移系的要求，故表現(xiàn)出較差的室溫機(jī)械性能和成形性能。同時(shí)鎂合金獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其往往在加工過程中形成形變織構(gòu)，如乳制和擠壓會形成典型的基面板織構(gòu)和基面絲織構(gòu)，織構(gòu)的出現(xiàn)致使鎂合金出現(xiàn)各向異性和拉壓不對稱現(xiàn)象，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍和產(chǎn)業(yè)化推廣。因此，制備加工高性能的鎂合金是當(dāng)前亟待解決的問題之，從而進(jìn)一步促進(jìn)其擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。
[0003]為了提高鎂合金的機(jī)械性能，現(xiàn)階段往往通過添加合金元素、劇烈塑性變形等對鎂合金進(jìn)行處理，例如添加Ce、Y、Gd、Li等元素可以獲得高塑性的鎂合金材料；而通過等徑角擠壓(ECAP)、高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)、往復(fù)擠壓等可以細(xì)化晶粒獲得強(qiáng)度和塑性的提高，但也存在一些技術(shù)上的缺陷和弊端。如添加合金元素一般為稀土元素，價(jià)格昂貴且在熔煉過程中容易出現(xiàn)氣孔、縮松等鑄造缺陷；而劇烈塑性變形雖避免了鑄造缺陷，但是往往實(shí)際操作復(fù)雜，同時(shí)在進(jìn)行薄板如Imm厚的板材擠壓時(shí)往往壓力過大，對設(shè)備噸位等要求嚴(yán)格，并且在變形過程中不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。這些方法在技術(shù)上的缺陷和弊端又在一定程度上限制了增強(qiáng)型鎂合金的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，而提供一種用于弱基面織構(gòu)鎂合金薄板帶材的連續(xù)擠壓加工裝置以及使用該裝置用于弱基面織構(gòu)鎂合金薄板帶材的連續(xù)擠壓加工方法。通過該裝置及方法連續(xù)引入不同道次的差速剪切變形，促進(jìn)晶粒細(xì)化，弱化基面織構(gòu)，同時(shí)降低擠壓過程中的擠壓力，達(dá)到制備高性能鎂合金板材的目的，從而促進(jìn)鎂合金的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種用于弱基面織構(gòu)鎂合金薄板帶材的連續(xù)擠壓加工裝置，包括擠壓系統(tǒng)和電控箱，電控箱通過導(dǎo)線與擠壓系統(tǒng)相連并用于控制擠壓系統(tǒng)的各種動作；所述的擠壓系統(tǒng)包括底座、頂座以及固定于底座和頂座之間的立柱；頂座的中心處安裝有壓力電機(jī)，壓力電機(jī)底部安裝有擠壓伸縮壓頭，擠壓伸縮壓頭的端部固定有壓塊，壓塊的底部固定有圓柱體裝的凸模模具，立柱上安裝有控制擠壓伸縮壓頭動作的升降手柄；底座的中心處固定有工作臺，工作臺上安裝有凹模固定框架，凹模固定框架的內(nèi)壁上設(shè)有加熱套，凹模固定框架內(nèi)放置有置于工作平臺上的凹模墊塊，凹模墊塊、工作臺和底座在其中心處開設(shè)有貫穿三者的通孔；凹模固定框架內(nèi)安置有凹模模具，凹模模具的底部與凹模墊塊固定，凹模模具上正對凸模模具的位置設(shè)有貫穿其上下的模腔，模腔內(nèi)從其中上部至底部腔口的相對兩側(cè)都分別設(shè)有多級逐漸向模腔軸線靠近的傾斜臺階，且兩側(cè)的多級傾斜臺階不對稱分布，兩側(cè)臺階的高度差為2-8mm，傾斜臺階的傾斜角度為120° -150°，傾斜臺階做倒圓角設(shè)計(jì)且圓角直徑為l-5mm;所述的電控箱上設(shè)有電源開關(guān)、加熱套控制器、壓力電機(jī)控制器、指示燈和顯示屏。
[0006]進(jìn)一步的，凸模模具和凹模模具都是由4Cr5MoSiVl材料制備而成的，凸模模具的表面粗糙度以及凹模模具模腔的表面粗糙度都為Ra0.08-0.16 μ m。
[0007]通過上述裝置用于弱基面織構(gòu)鎂合金薄板帶材的連續(xù)擠壓加工的方法，包括如下步驟:
1)精選材料、化學(xué)試劑:鎂合金坯料，固體塊體；砂紙，固態(tài)固體；高溫石墨，固態(tài)粉末；無水乙醇，液態(tài)液體；丙酮，液態(tài)液體；
2)預(yù)處理鎂合金坯料:①用600目砂紙對鎂合金坯料進(jìn)行外表面打磨，去除油污，隨后依次用1000、1200、2500目砂紙進(jìn)行打磨，確保其表面清潔、光滑?、趯⒈蜔o水乙醇按體積比3:2加入清洗槽內(nèi)，攪拌混合，制成丙酮+無水乙醇混合液將鎂合金坯料置于清洗槽內(nèi)的丙酮+無水乙醇混合液中，隨后將清洗槽置于超聲波清洗機(jī)上進(jìn)行超聲波清洗，清洗時(shí)間為30min，之后取出鎂合金坯料并用無水乙醇進(jìn)行清洗，隨后用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干；
3)預(yù)熱鎂合金坯料:開啟真空氣氛加熱爐，預(yù)設(shè)溫度為300-50(TC，達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，將鎂合金坯料置于真空氣氛加熱爐中，保溫l_4h ;
4)擠壓鎂合金坯料:鎂合金坯料的擠壓加工是在凸模模具、凹模模具和擠壓伸縮壓頭的作用下完成的，具體為:
①在凸模模具表面、凹模模具表面、凹模模具模腔表面以及凹模固定框架內(nèi)表面涂抹高溫石墨以潤滑，將凹模固定架通過螺栓固定在工作臺上，再將加熱套安裝在凹模固定框架內(nèi)表面上，再將凹模墊塊固定于凹模模具底部，最后將凹模模具安置于凹模固定框架內(nèi)即可，此時(shí)凸模模具、凹模模具的模腔、凹模墊塊上的通孔、工作臺上的通孔以及底座上的通孔都位于同一軸線上，控制凸模模具下行并置于凹模模具模腔的頂部腔口內(nèi)，以保證凸模模具和凹模模具的模腔緊密垂直接觸；開啟加熱套，加熱溫度設(shè)定為300°C _500°C，達(dá)到預(yù)定溫度后保溫l_5h ;
②在預(yù)熱后的鎂合金坯料表面涂抹耐高溫石墨以潤滑，控制凸模模具上行以退出凹模模具的模腔，將鎂合金坯料置于凹模模具的模腔內(nèi)并使其與模腔內(nèi)的第一級傾斜臺階相接觸，再控制凸模模具下行并伸入到凹模模具的模腔內(nèi)，使凸模模具接觸到鎂合金坯料為止;
再次開啟加熱套，加熱溫度設(shè)定為30(TC -50(TC，達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)保溫2-4h ;
③控制凸模模具繼續(xù)下行，對凹模模具模腔內(nèi)的鎂合金坯料進(jìn)行擠壓，經(jīng)過第一級傾斜臺階后鎂合金坯料厚度減薄，產(chǎn)生的塑性變形促使晶粒得到細(xì)化，同時(shí)由于傾斜臺階形成的剪切平臺的作用，誘導(dǎo)晶粒c軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，向剪切面傾斜，弱化了基面織構(gòu)，隨后經(jīng)過模腔兩側(cè)第一級傾斜臺階形成的第一個(gè)剪切平臺和擠壓通道，形成鎂合金板坯；凸模模具繼續(xù)下行，經(jīng)過第二級傾斜臺階，鎂合金板坯厚度繼續(xù)減薄，晶粒獲得進(jìn)一步的細(xì)化，晶粒c軸繼續(xù)向著剪切面傾斜，基面織構(gòu)再次獲得弱化；凸模模塊繼續(xù)下行，鎂合金板坯經(jīng)過第三次的剪切變形，促使第三次晶粒細(xì)化和基面織構(gòu)弱化；隨后凸模模塊繼續(xù)下行，第四次差速剪切變形發(fā)生，晶粒進(jìn)一步細(xì)化，基面織構(gòu)進(jìn)一步弱化，……，經(jīng)過多級擠壓后形成最終的鎂合金擠壓板材，從凹模墊塊、工作臺及底座通孔中擠出，可在擠出的板材上加載牽引力促使板材平直；當(dāng)凸模模具上端完全進(jìn)入凹模模具模腔時(shí)，停機(jī)完成擠壓，從而獲得弱基面織構(gòu)鎂合金板材；
④擠壓完畢以后，關(guān)閉加熱套，退出凸模模具并卸下凸模模具，將弱基面織構(gòu)鎂合金板材從凹模模具底部腔口處鋸斷，取下弱基面織構(gòu)鎂合金板材，使用砂紙對其表面進(jìn)行打磨，隨后用丙酮+乙醇混合溶液進(jìn)行清洗，隨后使用無水乙醇再進(jìn)行清洗，最后用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干即可。
[0008]通過本發(fā)明裝置及多級擠壓加工方法進(jìn)行擠壓時(shí)，由于逐級的晶粒細(xì)化和基面織構(gòu)弱化大大降低了擠壓過程中的擠壓力，鎂合金的平均晶粒尺寸與正常擠壓鎂合金相比大大減小，(0002)基面織構(gòu)相比正常的擠壓獲得板材從27.6下降至8.2，晶粒細(xì)化和基面織構(gòu)弱化有利于鎂合金的強(qiáng)度和塑性等機(jī)械性能和沖壓成形性能的提高。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，針對鎂合金強(qiáng)度、塑性以及成形性能較差的情況，采用新型多級連續(xù)擠壓工藝方法，使得鎂合金經(jīng)過連續(xù)多次的差速剪切變形，每一道次的剪切變形促使鎂合金晶粒獲得細(xì)化，晶粒c軸向剪切面傾斜，從而弱化(0002)基面織構(gòu)；同時(shí)由于每一級變形的晶粒細(xì)化和基面織構(gòu)弱化，極大的促使鎂合金擠壓過程中晶粒之間的相互協(xié)調(diào)作用，降低了擠壓力，從而使鎂合金板材擠壓過程更加容易，可以直接從鎂合金棒坯擠壓獲得鎂合金薄板。本發(fā)明的弱基面織構(gòu)鎂合金板材的加工方法簡單、成本低、大大降低了對設(shè)備噸位的要求，具有很好的規(guī)?；瘧?yīng)用前景，是十分理想的提高鎂合金強(qiáng)度、塑性能力的方法。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。