[发明专利]往复扭转挤压变形制备细晶弱织构镁合金的装置及方法

说明书

本发明属于轻金属塑性成形技术领域，具体涉及的是一种往复扭转挤压变形制备细晶弱织构镁合金的装置及方法。通过该装置及其加工方法，使镁合金坯料在加工过程中发生连续剧烈扭转变形，从而实现晶粒细化，改善镁合金的室温力学性能，扩大镁合金应用范围。所述装置包括卧式挤压机、外部模架、内部扭转模具和往复挤压机，并将挤压通道分为左固定区域Ⅰ、扭转区域Ⅱ、中间推动区Ⅲ、扭转区域Ⅳ和右固定区域V，左、右压力机控制内部扭转模具在左固定区域Ⅰ、扭转区域Ⅱ、中间推动区Ⅲ、扭转区域Ⅳ和固定区域V之间往复运动，使镁合金棒料各段晶粒均得到细化；待内部扭转模具往复运动n次，完成镁合金棒料往复扭转挤压成形。

技术领域

本发明属于轻金属塑性成形技术领域，具体涉及的是一种往复扭转挤压变形制备细晶弱织构镁合金的装置及方法。

背景技术

镁合金是密度最小的金属结构材料，同时兼备比强度和比刚度高、摩擦时不起火花、热成形性好、易回收等优点，因此其在汽车、3C、航空航天、军事等领域中占有重要地位，更是被誉为“21世纪的绿色能源材料”。然而，镁合金因其密排六方晶体结构，在室温只有3个滑移系，不满足5个滑移系的多晶体塑性变形协调性原则，宏观表现为较差的室温力学性能，此外，由于镁合金的基面和非基面滑移的临界剪切应力相差较大，低温变形时不易启动非基面滑移，使得变形后材料内晶粒存在择优取向形成强基面织构，不利于后续变形，限制了镁合金在各领域中的应用。晶粒细化可以显著提高金属材料的各项力学性能，镁合金亦是如此。剧烈塑性变形技术被证实能够有效地细化镁合金晶粒，如高压扭转(HPT)、多向锻造(MDF)、等通道转角挤压（ECAP）、旋转挤压(TE)，其可以将晶粒极度细化，甚至可获得超细晶组织。然而，扭转变形一般较为复杂，模具加工要求与设备需求高，需承受较大压力，材料扭转程度低、对实现大批量连续制备有着极大限制。

因此发明一种有效的弱化镁合金的变形织构和细化晶的装置和方法对扩大镁合金的应用范围是十分重要的。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种等截面往复扭转-剪切复合挤压变形制备细晶弱织构镁合金装置及工艺方法。通过该装置及其加工方法，使镁合金坯料在加工过程中发生连续剧烈扭转变形，从而实现晶粒细化，改善镁合金的室温力学性能，扩大镁合金应用范围。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种往复扭转挤压变形制备细晶弱织构镁合金的装置，包括卧式挤压机、外部模架、内部扭转模具和往复挤压机，其中：

所述外部模架包括安装在卧式挤压机上的左凹模、右凹模；左凹模和右凹模内均水平开有左右贯通且位置对应的挤压通道，所述挤压通道横截面呈圆柱形；左凹模的右侧环绕挤压通道开有缺口，右凹模的左侧环绕挤压通道开有缺口；左凹模、右凹模对接后，左右缺口部分构成一个内外模安装空间；

所述内部扭转模具位于内外模安装空间内，包括第一齿轮、至少一个第二齿轮、内齿轮、内凹模、外凹模、弹簧、至少一组挡板组、至少一个蜗轮、至少一个蜗杆；一组挡板组对应一个第二齿轮、至少一个蜗轮、至少一个蜗杆以及至少一个可动挡板；第一齿轮位于内外模安装空间内并紧靠左凹模右侧下方安置，左凹模内设有与挤压通道走向平行的第一转轴并通过第一转轴与第一齿轮相连接，左凹模内设有驱动第一转轴的电机；内凹模开有左右贯通且内径与左、右凹模挤压通道相同的挤压通道，所述内凹模位于第一齿轮上方并通过其外周固定的矩形齿轮与第一齿轮相啮合，同时左、右凹模的挤压通道和内凹模中的挤压通道同轴；所述外凹模为筒状结构，其固定在内外模安装空间内并套在内凹模中部外周，多个弹簧连接在外凹模内圈并顶在内凹模外壁上；所述内齿轮固定安装在右凹模的左侧，内凹模上在靠近其边缘的位置开有与挤压通道走向平行的至少一个轴孔，一个轴孔内转动安装有一个第二转轴，一个第二齿轮转动安装在第二转轴上且位于内凹模的右侧边缘，第二齿轮一部分沿径向伸出内凹模并与内齿轮相啮合，第二转轴上安装有至少一个蜗杆，内凹模上对应至少一个蜗杆的位置开有与挤压通道相连通的开口，每个开口内通过转轴安装有一个可动挡板；一个蜗轮与一个可动挡板连接且该蜗轮与一个蜗杆相配合，可动挡板前端伸入挤压通道内；第一齿轮通过转动带动内凹模转动，所述内齿轮的齿轮形状与内凹模的运动轨迹相一致；