[发明专利]往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于金属半固态成形工艺技术领域，具体涉及一种往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法。

背景技术

镁合金具有密度小、比强度高、比刚度大、阻尼性能好、电磁屏蔽性能好、对环境友好、易于回收利用等优点，在航空航天、汽车、电子、通讯等工业领域具有极其重要的应用价值与应用前景。但是，镁合金的塑性加工成形性能较差，在很大程度上限制了镁合金材料的应用。半固态成形技术的出现，为镁合金的加工成形开辟了一条新的途径，并有望成为生产高性价比镁合金零件的实用化技术。其中，半固态坯料的制备是半固态成形技术的关键所在。目前，已开发的半固态坯料制备方法主要有机械搅拌法、电磁搅拌法、粉末冶金法、超声振动法、单辊旋转法等。此外，现有研究表明应变诱导熔化激活法(StrainInduced Melt Activation，简称SIMA法)也能够有效的解决半固态坯料的制备问题。但是，传统的SIMA法所采用的变形处理方法均属于传统变形工艺范畴，如镦粗、挤压、轧制等，它存在坯料变形后形状尺寸改变很大，尤其在实施累积大应变的情况下，会使坯料尺寸变得失去实际应用价值，而且存在工艺成本高的问题。因此，开发低成本、坯料形状尺寸在累积大变形后不改变或改变小、成形后零件性能优良的半固态坯料制备方法，成为推动镁合金半固态成形技术发展与实际应用的关键问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有应变诱导法制备镁合金半固态坯料存在的坯料形状改变大、工艺成本高和生产效率低的问题，而提供往复镦挤变形(Repetitive Upsetting-Extrusion，简称RUE)-等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法。

本发明往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的装置由上模板、上垫板、上压套、镦粗凸模、上压板、凹模预紧套、凹模、挤压凸模、下压板、下压套、下垫板和下模板组成；凹模设有型腔，凹模预紧套套在凹模的外圆上，上压板分别与凹模及凹模预紧套的上表面相连，下压板分别与凹模及凹模预紧套的下表面相连，在型腔的上部插有镦粗凸模的一端，镦粗凸模的另一端固定在上压套内，上压套的上端面与上垫板固定连接，垫板的上端面连接有上模板，在型腔的下部插有挤压凸模的一端，挤压凸模的另一端固定在下压套内，下压套的下端面与下垫板固定连接，下垫板的下端面连接有下模板；其中凹模通过左凹模和右凹模扣合组成。

本发明往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过以下步骤实现：

一、将铸态镁合金坯料机械加工成圆柱形棒料；

二、对圆柱形棒料进行润滑处理，然后放入往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的装置型腔内，将圆柱形棒料加温至镦挤温度；

三、通过镦粗凸模下行镦粗圆柱形棒料变形直至充满型腔，将镦粗凸模复位后，翻转往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的装置，然后再通过挤压凸模下行挤压圆柱形棒料变形直至充满型腔，进行镁合金坯料的镦挤变形；

四、重复步骤三镁合金坯料的镦挤变形过程，完成多道次的往复镦挤变形，开模得到预变形坯料；

五、将步骤四得到的预变形坯料按照半固态成形零件的尺寸要求切割成坯料，然后放入加热炉中进行等温退火处理，得到退火后的坯料；

六、对退火后的坯料进行快速冷却，得到镁合金半固态坯料；

其中步骤二所述的镦挤温度为200～380℃；步骤三所述的镦挤处理过程中的挤压比为2～3，步骤四往复镦挤的道次为3～5次。

本发明所用的镦挤温度是通过热压缩的试验方法得到的镁合金热加工区间。

本发明的原理：通过多道次往复镦挤对镁合金坯料进行预变形处理，使之获得足够大的诱导应变，同时充分破碎原始镁合金铸造坯料中的粗大低熔点组元相，细化基体主相晶粒尺寸，在此基础上，将预变形处理的镁合金坯料在半固态温度区间进行等温退火处理，使其低熔点相重熔，固相基体晶粒球化，即可得到晶粒细小的球状晶半固态组织。

综上本发明往复镦挤变形-等温退火制备镁合金半固态坯料的方法具有以下有益效果：

一、应用本发明制备的镁合金半固态坯料具有固相晶粒尺寸细小、球化程度高的特点，由该镁合金半固态坯料制备的镁合金制件具有较高的力学性能。

二、镁合金的圆柱形铸态坯料经多次往复镦挤变形后，仍保持坯料的原有尺寸和形状，便于运送和下一步的等温退火处理，提高了生产效率。

三、单道次的成形力较小，对设备要求低，设备投资少，延长了模具的使用寿命。

附图说明