一种铁包镁的等通道转角挤压方法
【专利摘要】本发明涉及一种铁包镁的等通道转角挤压方法，是针对镁的强度低、塑性成形性差的情况，采用铜模吸铸法，制成铁包镁组合体，在室温25℃下等通道转角挤压，中温退火，细化镁晶粒组织，此制备工艺方法先进，数据翔实准确，铁包镁组合体有机结合，镁晶粒细化至200nm，致密性好，扩大了镁的使用范围，是十分理想的镁的室温大塑性变形方法。
【专利说明】一种铁包镁的等通道转角挤压方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁包镁的等通道转角挤压方法，属有色金属增强制备及应用的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]镁是最轻的有色金属之一，由于密度低，易于加工，具有比强度、比刚度高，导热性能好，阻尼减震，电磁屏蔽等特点，常在汽车、电子、航空航天、军工领域应用，但由于镁的强度低、塑性成形差等缺点，限制了镁的应用范围。
[0003]细化晶粒是改善镁力学性能的有效途径，例如在镁中添加晶粒细化剂，如复合稀土材料、锌、钙、锶等，在镁铸造中细化；采用加工变形对镁进行晶粒细化是一种更为有效而普遍采用的方法；由于镁为密排六方结构，晶体对称性差，滑移系少，镁的室温延性低，塑性加工成型难，因此，现有的镁的加工变形一般在300°C飞00°C温度下进行；由于镁在高温下容易发生动态再结晶，镁的晶粒细化效果显著降低，热加工变形方法很难实现高性能镁的使用要求；因此，如何实现镁在室温25°C下的大塑性变形，成为高性能镁开发及应用的技术难题。
【发明内容】
[0004]发明目的
本发明的目的是针对【背景技术】的状况，采用铜模吸铸法，铁包覆镁，通过等通道转角挤压，实现镁在室温25°C下的大塑性变形，以提高镁的力学性能，扩大镁的使用范围。
[0005]技术方案
本发明使用的化学物质材料为:镁块、铁块、丙酮、凡士林、石墨、氩气、砂纸，其组合准备用量如下:以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位
镁块:Mg15.5g ± 0.01g
铁块:Fe10mmX 10mm X 67mm52.8g ± 0.01 g
丙酮:C3H6O500mL 土 IOmL
凡士林:1000mL 土 IOmL
石墨:C100g 土 Ig
IS气:Ar50000cm ~ IOOcm3
砂纸:SiC 300 目 200mmX0.5mmX300mm3 张
制备方法如下:
(I)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制:
镁块:固态固体99.5%
铁块:固态固体99.5%
丙酮:液态液体99.5% 凡士林:液态液体98.5%
石墨:固态粉体98.5%
氩气:气态气体98.5%
砂纸:固态纸状
(2)制备开合式吸铸模具
开合式吸铸模具用铜材料制作，模具型腔尺寸为10.5mmX 10.5mmX 80mm,型腔表面粗糙度 Ra0.16-0.32 μ m ;
(3)制备铁套
①退火，将铁块置于退火炉中退火，退火温度为600°C，退火时间为60min；
②打磨，将铁块置于钢质平板上，对铁块六面用砂纸进行打磨，使各面互相垂直、光
洁；
③钻孔，将铁块垂直置于钻机上，在铁块中心部位进行垂直钻孔，孔型尺寸为08mmX 65mm ；
(4)铜模吸铸，制备铁包镁组合体
铁包镁组合体的制备是在真空感应熔炼炉上进行的，是用铜模吸铸法，经抽真空、输入氩气、熔炼镁液、负压吸入铜模，制成铁包镁组合体；
①将熔炼炉的真空室与真空泵、氩气瓶相连接；
②将熔炼坩埚垂直置于熔炼炉内，将镁块装入熔炼坩埚内；
③将铜模具置于熔炼炉上部，将铁套垂直装入铜模具内；
?将负压控制器装在铜模具上部；
?开启真空泵，抽取真空室、熔炼炉、铜模具内的空气，使各室内压强恒定保持在IPa ；
⑥输入氩气，开启氩气瓶，向真空室、熔炼炉、铜模具内输入氩气，氩气输入速率80cm3/min，使各室内压强恒保持在0.1MPa ；
⑦开启高频感应加热机、加热管，加热熔炼炉熔炼坩埚内的镁块，加热温度650 0C ±5°C，加热时间3min，加热后成熔液；
d)开启熔炼炉上部的负压控制器，通过吸管将熔炼坩埚内的镁液吸入铜模具内的铁
套内；
@关闭高频感应加热机、氩气瓶，停止加热，停止输氩气；使铁套内的镁熔液随炉冷却至25°C，成铁包镁组合体铸件；
⑩开模，开启开合式铜模具，取出铁包镁组合体铸件；
(5)等通道转角挤压
铁包镁组合体的等通道转角挤压是在立式挤压机上进行的，是在等通道转角挤压模具内完成的；
①制备等通道转角挤压模具，等通道转角挤压模具用铬钨锰工具钢制作，型腔为矩形，型腔通道为90°角垂直通道，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16 μ m ；
②制备等通道转角挤压棒，等通道转角挤压棒用铬钨锰工具钢制作，外形为矩形，表面粗糙度为Ra0.08-0.16 μ m ; ③配制润滑剂，称取凡士林lOOmL、石墨粉100g，置于烧杯中，搅拌成润滑剂；
④修整打磨铁包镁组合体，将铁包镁组合体置于钢质平板上，修整打磨铁包镁组合体周边，使表面光洁；
⑤将等通道转角挤压模具垂直安装在立式挤压机上，并固定；
⑥将铁包镁组合体表面均匀涂抹润滑剂ImL；
⑦将铁包镁组合体垂直置于模具型腔内；
⑧将矩形挤压棒垂直对准模具型腔内的铁包镁组合体，缓慢施压，施压压强为800MPa ；
铁包镁组合体在挤压棒压力下，在模具型腔内进行塑性变形，由垂直通道压入，横通道挤出，即完成了第一道次挤压；
铁包镁组合体的等通道转角挤压重复进行七道次；
(6)中温退火处理
将七道次等通道转角挤压的铁包镁组合体置于退火炉中，进行中温退火，退火温度150°C，退火时间60 min ；
(7)打磨，将退火的铁包镁组合体用砂纸打磨，并用丙酮清洗，使表面洁净；
(8)检测、分析、表征
对制备的铁包镁组合体的形貌、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；
用数码照相机进行形貌观察；
用扫描电子显微镜进行微观组织分析；
结论:经铜模吸铸、等通道转角挤压的铁包镁组合体为灰色矩形块状，外部为铁，内部为镁，呈包覆状，铁镁有机结合，镁晶粒细化至200nm，致密性好。
[0006]有益效果
本发明与【背景技术】相比具有明显的先进性，是针对镁的强度低、塑性成形性差的情况，采用铜模吸铸法，制成铁包镁组合体，在室温25°C下等通道转角挤压，中温退火，细化镁晶粒组织，此制备工艺方法先进，数据翔实准确，铁包镁组合体有机结合，镁晶粒细化至200nm，致密性好，扩大了镁的使用范围，是十分理想的镁的室温大塑性变形方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为铜模吸铸制备铁包镁组合体状态图 图2为等通道转角挤压铁包镁组合体状态图
图3为铁包镁组合体等通道转角挤压后纵切面形貌图 图4为铁包镁组合体等通道转角挤压后镁的扫描组织图 图中所示，附图标记清单如下:
1、炉架，2、炉座，3、左立柱，4、右立柱，5、石英炉体，6、外水循环冷却管，7、熔炼坩埚，8、镁液，9、真空室，10、真空泵，11、真空管，12、真空阀，13、氩气瓶，14、氩气管，15、氩气阀，16、氩气，17、铜模具，18、垫块，19、电磁开关阀，20、铁套，21、模具盖，22、负压控制器，23、高频感应加热机，24、加热管，25、气孔，26、吸管，27、等通道转角挤压模具，28,L形挤压通道，29、挤压棒，30、铁包镁组合体。【具体实施方式】
[0008]以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示，为铜模吸铸制备铁包镁组合体状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配t匕，按序操作。
[0009]制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位。
[0010]铁包镁组合体的制备是在真空感应熔炼炉上进行的，是用铜模吸铸法，经抽真空、输入氩气、熔炼镁液、负压吸入铜模，制成铁包镁组合体；
真空感应熔炼炉为立式，炉架I下部为炉座2，炉架I与炉座2之间由左立柱3、右立柱4组成支撑架；在炉架I的中间部位设置石英炉体5，石英炉体5内下部设有气孔25、熔炼坩埚7，熔炼坩埚7内为镁液8，石英炉体5内由氩气16充填，在石英炉体5外部设有外水循环冷却管6 ;石英炉体5的上部设有铜模具17，铜模具17内下部设有垫块18、吸管26、电磁开关阀19，在垫块18上部装有铁套20，铁套20内为镁液8，铜模具17内由氩气16充填，在铜模具17上部由模具盖21封盖并密闭，模具盖21上部设有负压控制器22 ;在石英炉体5的下部通过气孔25联接真空室9，真空室9右上部设有氩气管14、氩气阀15，并联接氩气瓶13 ;真空室9右下部设有真空管11、真空阀12，并联接真空泵10 ;真空室9底部设有加热管24，并联接高频感应加热机23。
[0011]图2所示，为等通道转角挤压铁包镁组合体状态图，各部位置要正确，按序组装操作。
[0012]铁包镁组合体的等通道转角挤压是在立式挤压机上进行的，是在等通道转角挤压模具内完成的；
等通道转角挤压模具为矩形，在等通道转角挤压模具27内设有L形挤压通道28，L形挤压通道28的竖通道内垂直放置铁包镁组合体30，在铁包镁组合体上部垂直设置挤压棒29，通过挤压棒29的垂直挤压，铁包镁组合体30进行塑性变形，并由L形挤压通道28的横通道挤出，从而完成了一个道次的挤压；等通道转角挤压可重复进行七次。
[0013]本发明所指的大塑性变形指的是等效应变在1.0以上的塑性变形，镁的等通道转角挤压大塑性变形是在室温25°C下进行的。
[0014]图3所示，为铁包镁组合体等通道转角挤压后纵切面形貌图，图中可见，铁包镁组合体内外结合，呈包覆状，有机结合，致密性好。
[0015]图4所示，为铁包镁组合体等通道转角挤压后的扫描组织图，图中可见，镁组织致密性好，晶粒细化。
【权利要求】
1.一种铁包镁的等通道转角挤压方法，其特征在于:使用的化学物质材料为:镁块、铁块、丙酮、凡士林、石墨、氩气、砂纸，其组合准备用量如下:以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位
2.根据权利要求1所述的一种铁包镁的等通道转角挤压方法，其特征在于:铁包镁组合体的制备是在真空感应熔炼炉上进行的，是用铜模吸铸法，经抽真空、输入氩气、熔炼镁液、负压吸入铜模制成铁包镁组合体； 真空感应熔炼炉为立式，炉架(1)下部为炉座(2)，炉架(1)与炉座(2)之间有左立柱(3)、右立柱(4)组成支撑架；在炉架(1)的中间部位设置石英炉体(5)，石英炉体(5)内下部设有气孔(26)、熔炼坩埚(7)，熔炼坩埚(7)内为镁液(8)，石英炉体(5)内由氩气充填，在石英炉体(5)外部设有外水循环冷却管(6);石英炉体(5)的上部设有铜模具(17)，铜模具(17)内下部设有垫块(1 8)，吸管(26)，电磁开关阀(19)，在垫块(18)上部装有铁套(20)，铁套(20 )内为镁液(8 )，铜模具(17 )内由氩气(16 )充填，在铜模具(17 )上部由模具盖(21)封盖并密闭，模具盖(21)上部设有负压控制器(22);在石英炉体(5)的下部联接真空室(9)，真空室(9)右上部设有氩气管(14)、氩气阀(15)，并联接氩气瓶(13);真空室(9)右下部设有真空管(11)、真空阀(12)，并联接真空泵(10);真空室(9)底部设有加热管(24)，并联接立式感应加热机(23)。
3.根据权利要求1所述的一种铁包镁的等通道转角挤压方法，其特征在于:铁包镁组合体的等通道转角挤压是在立式挤压机上进行的，是在等通道转角挤压模具内完成的； 等通道转角挤压模具为矩形，在等通道转角挤压模具(27)内设有L形挤压通道(28)，L形挤压通道(28 )的竖通道内垂直放置铁包镁组合体(30 )，在铁包镁组合体上部设置挤压棒(29)，通过挤压棒(29)的垂直挤压，铁包镁组合体(30)进行塑性变形，并由L形挤压通道(28)的横通道挤出，从而完成了一个道次的挤压；等通道转角挤压可重复进行七次。
【文档编号】B22D18/06GK103624238SQ201310590108
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】边丽萍, 史权新, 李秀杰, 梁伟, 樊强, 陈志强, 王一德 申请人:太原理工大学