专利名称：一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法
技术领域：
本发明是对挤压方法的改进。
背景技术：
镁是地壳表面矿产资源最丰富的金属，我国占世界镁矿资源的1/3。镁是金属结构材料中最轻的金属，其密度仅为1.74g/cm3，是铝密度的2/3。镁合金具有高比强度和比刚度、良好的耐冲击性和抗震性能、电磁屏蔽性能好的特点，有望代替工程塑料作壳体材料，被誉为21世纪可回收且不污染环境的清洁材料。在航空航天、汽车、火车、轻轨列车、电子通讯、家用电器等领域，将获得日益广泛的应用。
镁合金属于密排六方晶体结构，其塑性差、难进行塑性加工，特别是镁合金薄板生产更困难，生产效率低，成本高，价格昂贵，限制了镁合金应用范围，使镁合金达不到铝合金普及水平。为此，寻找低成本、高效、性能优异、可进一步塑性加工成型的生产镁合金棒材、板材、型材、管材新的工艺方法，成为国内外广泛关注的研究课题。
传统镁合金的加工方法只能是热挤压，挤压温度在300～400℃之间，挤压速度较慢，生产效率低，挤出棒材及板材晶粒较大，主要性能指标为延伸率，国内和国际延伸率标准最佳在12％左右。传统的镁合金热挤压方法是将坯料加热到一定温度放入模具中，模具预热一定温度一般低于坯料加热温度，形成一个正向温度场，也就是说坯料心部温度明显高于坯料表面温度，加上模具内表面摩擦影响，使挤压时坯料心部金属变形流动速度明显高于坯料表面，造成显著的塑性变形不均匀，如果坯料和模具温度均较低，很易使镁合金挤压时开裂。
要提高镁合金塑性，全世界科技工作者都在努力改善或提高镁合金塑性，只有使镁合金晶粒细化到10μm以下，才有可能大幅度提高镁合金塑性，这样镁合金才有利于后续塑性加工成型零件。
按传统镁合金多道次热轧和多道次冷轧细化晶粒达到10μm以下尺寸非常困难。目前国内外细化镁合金晶粒的新工艺方法主要有快速凝固粉末包套挤压再热轧、机械合金化粉末包套挤压致密再热轧、等通道角式挤压(ECAE)方法。这些方法可以使镁合金晶粒细化到亚微米数量级，然而，这些方法成本高，很难用于大批量生产。目前较成熟的新工艺方法是快速凝固双辊铸轧工艺，可以使镁合金晶粒尺寸达到10μm以下，如国内的重庆大学、福州华镁新技术开发有限公司、澳大利亚国家科技和工业研究中心等均采取快速凝固铸轧镁合金板材。
发明内容
本发明为了解决镁合金挤压存在显著的塑性变形不均匀、晶粒细化效果不显著、挤压时易开裂的缺点，提供一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，该方法可一次挤压制取10μm以下晶粒尺寸的镁合金，有利于改善或提高镁合金塑性，它适用于挤压成形制造镁合金的棒材、板材、型材或管材，其按照下述步骤进行加工预热挤压模具，控制挤压模具温度与坯料表面温度一致或高于坯料表面温度30～50℃，将镁合金坯料放入模具中，心部与表面温度差控制在100～320℃范围，挤压比可选择在2～64范围内、挤压模冲头速度为20～30mm·S-1的条件下进行挤压。
与传统镁合金热挤压工艺方法不同，本发明采用反向温度场挤压时，镁合金坯料心部与表面温度为20～400℃范围内，坯料表面温度明显高于坯料心部温度，镁合金坯料反向温度场温度梯度按坯料心部与表面温度差控制，温度差控制在100℃～320℃之间，坯料尺寸较大时温度差取上限，坯料尺寸较小时温度差取下限。挤压时，坯料形成表面高于心部的温度梯度，称之为反向温度场。由于反向温度场挤压镁合金改善了变形的不均匀性，使挤压件尾部凹坑变小；由于反向温度场挤压变形相对较均匀，因此挤压件的晶粒大小也较均匀，防止了挤压棒材粗晶环形成。按本发明给出的反向温度场挤压镁合金，挤压比在4～6时可细化晶粒到10μm以下，最佳可控制在5μm以下。反向温度场挤压与一般热挤压相比可大幅度细化晶粒，因此一般镁合金挤压后的塑性均有较大提高，延伸率可达到20％以上，比传统热挤压镁合金件延伸率12％左右有较大提高，其延伸率至少提高66.7％，有利于实现镁合金后续的塑性加工成型零件。本发明不仅适用于镁合金，也适用于锌合金、钛合金、铝合金，主要对难变形材料意义较大。本方法可以一次挤压成形，最大挤压比达到64不产生裂纹；挤压速度较快，挤压冲头速度可达20mm·S-1以上，可提高材料利用率10～20％；最佳挤压比在4～6的情况下，可使AZ31镁合金晶粒细化，平均晶粒尺寸可细化到10μm以下，AZ31镁合金其抗拉强度达到270MPa左右，延伸率达到24～28％，它具有工艺简单、成本低、生产效率高、使镁合金塑性提高的优点。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式按照下述步骤进行加工为了减小摩擦，挤压模具的表面采取传统的油基石墨或水基石墨润滑；预热挤压模具，控制挤压模具温度与坯料表面温度一致或高于坯料表面温度30～50℃，坯料放入模具中，保证坯料表面温度明显高于心部温度，心部与表面温度差控制在100～320℃范围，镁合金坯料心部与表面的温度可调整在20～300℃或20～200℃范围内，大尺寸坯料可在80～400℃范围内；然后在挤压比为2～64、挤压模冲头速度为20～30mm·S-1的条件下进行挤压。本实施方式的挤压比在2～64范围均可实现，不产生裂纹；选择大挤压比时，必须考虑挤压时热效应产生的温度升高的影响。反向温度场挤压过程开始时坯料心部金属流动速度明显低于坯料边部金属流动速度，由于挤压升温及挤压过程热传导比开始加快，使挤压坯料后半部分的坯料表面与心部温度差减小，也就是说挤压过程反向温度场的温度梯度是变化的。为了保证整个挤压过程始终在反向温度场状态，高的挤压速度是有利的，为此本发明的挤压速度高于传统挤压速度，选择在20～30mm·S-1。
具体实施例方式
二本实施方式以AZ31镁合金为例进行说明，具体工艺条件如下a、坯料尺寸Φ40×60mm，挤压比为6.25，挤出棒材Φ16mm；b、反向温度场的温度梯度按四种方案控制，坯料表面与心部温度差分别为150℃、200℃、250℃、300℃；c、挤压模具内表面涂油基石墨润滑，挤压模具预热温度分别按b中的温度进行；d、挤压冲头运动速度为22mm·S-1；e、四种方案的挤压力分别为1000MPa、800MPa、600MPa、500MPa；f、挤压比为4～6的反向温度场挤压AZ31镁合金的晶粒尺寸在10μm以下，如果挤压温度梯度在100℃～150℃情况下，可获得最佳晶粒尺寸为5μm以下；AZ31镁合金在挤压比6.25反向温度场挤压的材料性能为抗拉强度σb272MPa，延伸率δ24％，抗拉强度σb最高可达275MPa，延伸率达到28％。
权利要求
1.一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于它按照下述步骤进行加工预热挤压模具，将镁合金坯料放入挤压模具中，控制挤压模具温度与坯料表面温度一致或高于坯料表面温度30℃～50℃，坯料心部与表面温度差在100℃～320℃范围内，然后在挤压比为2～64、挤压模冲头速度为20～30mm·S-1的条件下进行挤压。
2.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于挤压模具的内表面涂有油基石墨或水基石墨润滑。
3.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于镁合金坯料心部与表面温度为80℃～400℃。
4.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于镁合金坯料心部与表面温度为20℃～300℃。
5.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于镁合金坯料心部与表面温度为20℃～200℃。
6.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于挤压比为4～6。
7.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于挤压比为6.25。
8.根据权利要求1所述的一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，其特征在于挤压冲头运动速度为22mm·S-1。
全文摘要
一种制造微晶镁合金反向温度场挤压方法，它是对挤压方法的改进。本发明是这样实现的预热挤压模具，将镁合金坯料放入挤压模具中，控制挤压模具温度与坯料表面温度一致或高于坯料表面温度30℃～50℃，坯料心部温度与表温度差在20℃～400℃范围内，在挤压比为2～64、挤压模冲头速度为20～30mm·S
文档编号B21C31/00GK1672828SQ20051000990
公开日2005年9月28日 申请日期2005年4月19日 优先权日2005年4月19日
发明者王尔德, 于洋, 王晓琳, 胡连喜, 刘祖岩, 孙宏飞 申请人:哈尔滨工业大学