专利名称：镁合金二次连续挤压加工方法及其凹模镶块的制作方法
技术领域：
本发明涉及镁合金的挤压变形领域，具体是涉及一种镁合金二次连续挤压加工方法及其凹模镶块。
背景技术：
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”。随着汽车、航空航天、交通运输等工业轻量化的发展需求，镁合金的应用越来越广泛。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金，变形镁合金主要是通过热机械变形，例如挤压，轧制，锻造等来细化合金的组织，改善合金的性能。变形镁合金相对于铸造镁合金来说，具有更高的强度，更好的延伸率和更多样化的力学性能，可以满足工业应用中更多样化的结构件的要求。因此，开发变形镁合金产品是镁合金加工开发的必然趋势。目前，工业生产中镁合金的挤压变形方式，一般是采用单向挤压方式，通常将坯料预热至300-450°C，为了防止模具与坯料温差过大，造成挤压过程中材料开裂，模具一般预热到挤压温度，或者比坯料的温度低25°C左右，挤压的速度通常在O. 5mm/min-2mm/min0这种单向挤压的方式的挤压温度与挤压速度成正比，挤压温度与挤压比成正比。当挤压速度一定时，挤压比越大，挤压温度就要求越高，否则，镁合金的成型效果将受到影响，导致挤压得到的产品出现裂纹缺陷。但是前期研究发现，挤压工艺对挤压后产品的组织和性能有明显的影响，主要表现为挤压温度越低，挤压后的材料的组织再结晶晶粒长大越不明显，组织得到细化，材料的性能得到上升；挤压比越大，挤压后的组织越均匀，材料的延伸率越大，同时强度也可能上升，织构也可能得到弱化。为了实现低温下合金的大变形，获得细化的均匀化的组织，从而得到优良性能的产品，可以对坯料进行低温下小挤压比的多次挤压，但是加工道次的增加一方面影响生产效率，另一方面增加人力物力消耗，使得生产成本大幅度上升。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种镁合金二次连续挤压加工方法及其挤压凹模镶块，实现一次加工过程中坯料连续挤压二次，使镁合金坯料能在相对于传统挤压较低的温度下完美成型，并具有细小均匀的组织和优良的力学性能，同时能实现在与传统挤压相同的温度下更大速度的挤压，或者更大的挤压比下的挤压，从而可以提高工业生产效率、降低生产成本，并提高产品质量。所谓二次连续挤压，是指通过一种具有变截面的二次连续挤压凹模镶块，使得坯料在一次挤压加工过程中实现二次连续的挤压加工。对于二次连续挤压，总的挤压比为第一次挤压时的挤压比(等于坯料横截面积与第一次挤压加工成型工作带孔面积比)乘以第二次挤压时的挤压比(等于第一次挤压加工成型工作带孔面积与第二次挤压加工成型工作带孔面积之比)，也等于坯料挤压前的截面积与挤压后截面积之比。当二次连续挤压总的挤压比与传统挤压的挤压比相同时，由于二次连续挤压的第一次挤压成型的挤压比小于传统挤压的挤压比，故可以实现更低温度下的完美成型，并且，在随后的第二次挤压过程中，由于第一次挤压造成了合金组织的细化和第二相的析出，使得合金不但能在较低的挤压温度下完美成型，而且由于显微组织的细化和均匀化使得二次连续挤压后的镁合金的性能优于传统挤压加工后的性能。本发明的技术解决方案如下
一种镁合金二次连续挤压加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤
将镁或镁合金坯料进行均匀化处理后加热至0°c 50(TC或铸态直接预热至0°C 500 °C,
预热具有二次连续挤压凹模镶块的挤压模具，该模具预热温度比镁或镁合金坯料预热温度低0°c 30°C，然后在模具的挤压腔内均匀涂抹润滑剂。将已预热好的镁或镁合金坯料放入在已加热的模具的挤压腔中，挤压冲头以
O.lm/min 4m/min的挤压速度,挤压比4 :1 40 :1,进行单向等速挤压。一种用于镁合金二次连续挤压加工方法的二次连续挤压凹模镶块，其特征在于，该凹模镶块包括上部小直径的圆柱和下部大直径的圆柱相连接而成，镶块内设有中心通孔，该中心通孔由上至下分别为第一次挤压成型工作带孔、倒圆锥孔、第二次挤压成型工作带孔及成型产品通道孔。所述的第一次挤压成型工作带孔比第二次挤压成型工作带孔直径大，且这两个工作带孔之间采用连续过渡方式，成型产品通道孔比第二次挤压成型工作带孔直径大。与现有技术相比，本发明的有益效果是采用二次连续挤压凹模镶块更换传统挤压凹模镶块后，可以使得传统挤压过程中的挤压过程分解为两次连续的挤压过程。由于将原有的挤压变形分解为了两次挤压过程，在传统挤压变形的挤压比与二次连续挤压的总挤压比相同的情况下，由于二次连续挤压的第一次挤压变形的挤压比小于总的挤压比，相当于降低了传统挤压变形过程中的挤压比，故能实现更低温度下或更高挤压速度下的挤压变形，得到组织晶粒度小于I微米，且性能优异的挤压镁合金制品。采用二次连续挤压，镁及镁合金坯料能在相对传统挤压较低的温度下和更高的挤压速度下完美成型，并具有细小均 匀的组织和优良的力学性能，提高了工业生产效率、降低生产成本，保证了产品质量。
图I是现有技术中常用的挤压凹模镶块之一的结构示意图。图2是本发明中二次连续挤压凹模镶块之一的结构示意图。图3是本发明中图2中所示的二次连续挤压凹模镶块的俯视图。图4是图3中B— B剖面图。图5是图4中D部放大示意图。图6是合金I (a)和合金2 (b) 二次连续挤压后的微观组织照片(箭头标出了挤压方向)。其中3-第一次挤压成型工作带孔；4_过渡倒圆锥孔；5_第二次挤压成型工作带孔；6-成型产品通道孔。图7是合金I和合金2 二次连续挤压后的室温力学性能图。图8a是合金3传统挤压后的微观组织照片。图Sb是合金3 二次连续挤压后的微观组织照片。
图9是合金3在传统挤压和二次连续挤压后的室温力学性能图。图10是本发明镁合金二次连续挤压加工方法的一种实施例示意图。其中7-挤压冲头；8_镁或镁合金坯料；9_为挤压凹模；10-二次连续挤压凹模镶块；11_支撑块。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范 围。请先参阅图2-4，图2是本发明中二次连续挤压凹模镶块的结构示意图，图3是本发明中二次连续挤压凹模镶块的俯视图，图4是图3中B—B剖面图，如图所示，一种用于镁合金二次连续挤压加工方法的二次连续挤压凹模镶块包括上部小直径的圆柱I和下部大直径的圆柱2相连接而成，镶块内设有中心通孔，该中心通孔由上至下分别为第一次挤压加工成型带孔3、倒圆锥孔4、第二次挤压加工成型带孔5和成型产品通道孔6。第一次挤压加工成型带孔3比第二次挤压加工成型带孔5直径大，成型产品通道孔6的直径比第二次挤压加工成型带孔5直径大以便于挤压所得的产品顺利导出。本实施例中凹模镶块可以实现直径37_的坯料挤压到15_，再到12_的二次连续挤压。图10是本发明镁合金二次连续挤压加工方法的一种实施例示意图，如图所示，冲头由上至下，对镁或镁合金坯料进行挤压，使其通过凹模镶块完成二次连续挤压过程。实施例I :
Mg98Znh92Gda08 (at. %,合金 I)和 Mg96 83Zn2 7Gd0 47 (at. %,合金 2)
将合金I和合金2，在400°C下均匀化处理8小时后水淬冷却。将两合金预热到100°C，模具预热至80°C，进行传统挤压和二次连续挤压，将已加热的镁或镁合金坯料放入在已加热的模具的挤压腔中，挤压冲头以O. lm/min的速度对坯料实施挤压，挤压比4 :1，发现两合金不能在该温度下实现传统的挤压，但是能实现二次连续挤压且成型完美。图6是合金I(a)和合金2 (b) 二次连续挤压后的微观组织照片(箭头标出了挤压方向)，图7是合金I和合金2 二次连续挤压后的室温力学性能图，由图可知，两合金经过均匀化处理和100°C二次连续挤压后的晶粒均匀细化到I微米左右，屈服强度400MPa左右，同时延伸率10%以上。实施例2
UnL5Gd0.25 (at. %,合金 3)传统挤压与 Mg9i^25Znh5Gda25 (at. %,合金 3) 二次连续挤压对比
将合金3采用铸造态直接进行传统挤压(直径37mm挤压至12mm)和二次连续挤压(直径37mm挤压到15mm,再挤压至12mm)。还料预热温度100°C,模具预热温度100°C,挤压比9:1，挤压冲头速度O. 12mm/min。图8a是合金3传统挤压后的微观组织照片，图8b是合金
3二次连续挤压后的微观组织照片，由于挤压温度很低，材料再结晶不完全，且再结晶晶粒很细小。图9是合金3在传统挤压和二次连续挤压后的室温力学性能图，如图可见，合金3在二次挤压后，相对于传统挤压后来说，具有更好的延伸率，并且强度提高，其延伸率上升约12%，强度上升约8%。实施例3
Mgi25Znh5Gda25 (at. %，合金 3)
将合金3采用400°C 8小时均匀化处理后进行传统挤压，坯料预热温度400°C，模具预热温度370°C，挤压比25:1，挤压冲头速度2mm/min，挤压后屈服强度170MPa，延伸率19%。将该合金进行二次连续挤压(直径60mm挤压到15mm，再挤压至12mm)。坯料预热温度400°C，模具预热温度370°C，挤压比25: 1，挤压冲头速度2mm/min。合金3在二次挤压后，屈服强度为180MPa，相对于传统挤压后来说，屈服强度上升约6%，同时延伸率为22%，延伸率上升了 约 16%。
权利要求
1.一种镁合金二次连续挤压加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤将镁或镁合金坯料进行均匀化处理后加热至0°c 50(TC或铸态直接预热至0°C 500。。，预热装有二次连续挤压凹模镶块的挤压模具，该模具预热温度比镁或镁合金坯料预热 温度低0°c 30°C，然后在模具的挤压腔内均匀涂抹润滑剂。
2.将已预热好的镁或镁合金坯料放入在已加热的模具的挤压腔中，挤压冲头以0.lm/ min 4m/min的挤压速度,挤压比4 :1 40 :1,进行单向等速挤压。
3.一种用于镁合金二次连续挤压加工方法的二次连续挤压凹模镶块，其特征在于，该 凹模镶块包括上部小直径的圆柱和下部大直径的圆柱相连接而成，镶块内设有中心通孔， 该中心通孔由上至下分别为第一次挤压成型工作带孔(7)、倒圆锥孔(8)、第二次挤压成型 工作带孔(9)及成型产品通道孔(10)。
4.根据权利要求2所述的凹模镶块，其特征在于，所述的第一次挤压成型工作带孔的 直径比第二次挤压成型工作带孔的直径大，成型产品通道孔比第二次挤压成型工作带孔直 径大。
全文摘要
本发明公开了一种镁合金二次连续挤压加工方法及其凹模镶块。将传统挤压凹模镶块更换为二次连续挤压凹模镶块。再将镁或镁合金坯料预热至比挤压温度低0℃～30℃左右；以0.1m/min～4m/min的挤压速度，挤压比4∶1～40∶1，进行单向等速挤压。所设计制造的二次连续挤压凹模镶块包括上部小直径的圆柱和下部大直径的圆柱相连接而成，镶块内设有中心通孔，该中心通孔由上至下分别为第一次挤压成型工作带孔、倒圆锥孔、第二次挤压成型工作带孔及成型产品通道孔。本发明具有工艺简单、易操作、挤压成本低、适用范围广的特点，同时按该工艺制得的镁合金比传统挤压后的产品具有更细小的组织和更优异的性能。
文档编号B21C23/02GK102632095SQ201210121949
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者袁广银, 黄华 申请人:上海交通大学