[发明专利]连续可变通道扭转挤压制备弱织构细晶镁合金的装置及方法

说明书

本发明属于轻合金塑性成形技术领域，具体涉及变通道连续扭转挤压制备高性能镁合金坯料的装置及方法。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扭转变形，实现晶粒细化的同时织构弱化，改善镁合金室温力学性能，扩大镁合金应用范围。本发明通过凹模组件构成了挤压通道，挤压通道内部由自上而下的固定区域Ⅰ、扭转区域Ⅱ与固定区域Ⅲ组成，扭转区域Ⅱ在镁合金坯料成形过程中不断扭转并挤压进入该区域的镁合金坯料，最终由固定区域Ⅲ将镁合金坯料整形。该方案使得镁合金材料晶粒细化效果更为显著，基面织构较大程度弱化且所得细晶镁合金材料组织均匀，强韧性大幅提高。

技术领域

本发明属于轻合金塑性成形技术领域，具体涉及变通道连续扭转挤压制备高性能镁合金坯料的装置及方法。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，镁合金具有比强度和比刚度高、减振性好、电磁屏蔽性能优异、切削加工性和热成形性好、易回收等优点，在航天航空、医疗军事等领域有着广阔的应用前景。然而，大多数镁合金晶体结构为密排六方结构，在室温下可开动的滑移系仅有3个，无法满足开动塑性变形所需的Von-Misese准则，因此镁合金的室温力学性能较差。另外，传统的挤压方式制备的镁合金往往存在强基面织构，导致镁合金材料出现非常明显的各向异性，限制了其应用范围。细化晶粒可显著提高镁合金强度，弱化基面织构可改善其塑性，因此各种加工技术被广泛开发，如等通道角挤压、高压扭转等。而现有技术存在一定弊端，加工过程不连续，效率低，样品尺寸较小等，在一定程度上限制了其应用。如何获得一种连续大尺寸细晶弱织构高性能镁合金材料加工技术方法是当前拓展镁合金应用范围亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，发明一种连续可变通道扭转挤压制备弱织构细晶镁合金的装置及工艺方法。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扭转变形，实现晶粒细化的同时织构弱化，改善镁合金室温力学性能，扩大镁合金应用范围。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种连续扭转挤压制备弱织构细晶镁合金的装置，包括立式液压机，立式液压机包括液压机顶座、压力电机、挤压凸模伸缩压头、挤压凸模模具、立柱、工作平台和液压机底座，工作平台和液压机底座中心开有通孔，两根所述立柱竖直向上将液压机顶座支撑在工作平台的上方，液压机顶座横跨于立柱的上方，压力电机安装在液压机顶座上，挤压凸模伸缩压头安装在压力电机的活动端且位于液压机顶座的下方，挤压凸模模具竖直向下安装于挤压凸模伸缩压头的下方；

所述液压机底座上固定有工作平台及伸缩装置，工作平台上固定有凹模固定架及位于凹模固定架中间且中心开孔的垫板，所述垫板上以及凹模固定架之间固定有凹模组件，所述凹模组件包括自上而下排布的上部凹模、中部凹模和下部凹模；上部凹模的底面以及下部凹模的顶面均带有凸出的环形凸台，中部凹模的顶面和底面均设有环形卡槽，环形凸台与环形卡槽相配合用于固定中部凹模，并使中部凹模自由转动且不发生偏移；上部凹模、中部凹模及下部凹模内均设有供有机热载体流动的加热通道；上部凹模、中部凹模及下部凹模自上而下开有相互贯通的挤压通道，垫板、工作平台、和液压机底座与挤压通道出料口相对的部分也上下贯穿作为漏料孔；

中部凹模外部为齿轮状，所述伸缩装置包括位于凹模固定架左右两侧的一对伸缩支架、驱动装置以及水平安装在伸缩支架上的左右伸缩杆；左右两个伸缩杆与中部模具相切，为锯齿状能够自由伸缩，且与中部模具外部的齿轮啮合，两根伸缩杆平行于伸缩杆本身方向同时向相反方向运动，带动齿轮使中部模具发生转动；中部凹模内部的挤压通道内壁周圈自上而下固定有多层弹簧装置，每层弹簧装置均包括环绕中部凹模内部挤压通道周圈设置的多个弹簧，弹簧朝向中部凹模中心的一端连接有高温橡胶垫及半球形的模具挤压头，高温橡胶垫为矩形，矩形的高温橡胶垫与半球形的模具挤压头连接为固定整体，在中部凹模的挤压通道内围成扭转区域Ⅱ。

半球形的模具挤压头半径不同，在通道内呈不规则自由排列，其下方的矩形模块边长与半球形模块直径相同。随挤压过程进行，中间模具发生微小旋转，同时通道内弹簧及模块可做自由伸缩运动，改变通道形状，形成不规则通道。