一種利用斜通道技術制備細晶鎂合金的裝置的制作方法

本發明涉及制備細晶鎂合金的裝置，具體說是涉及一種利用斜通道技術制備細晶鎂合金的裝置。

背景技術：

鑄造鎂合金塑性差、強度低。經過熱機械加工后，組織發生動態再結晶而細化，同時晶界處的網狀金屬間化合物被破碎并重新分布。組織細化后力學性能顯著提高，當晶粒尺寸≤10μm時，合金通常還具有低溫和高應變速率超塑性。因此，通過熱機械加工細化組織是制備高性能鎂合金的重要手段，新型加工技術研發備受關注。

熱機械加工工藝可分為傳統的塑性加工技術和大塑性變形技術。傳統的塑性加工技術主要是擠壓和軋制，對棒材而言，擠壓是最常用的工藝。然而，利用傳統正擠壓制備鎂合金時，由于總因變量相對較小，中心區域變形程度小于邊緣區域，所以組織分布不均勻，當擠壓溫度較低時常存在大面積的未再結晶區域。雖然正擠壓后材料可以獲得細晶組織，但組織細化程度受到一定的限制，如果通過多次連續的變徑擠壓細化材料組織，則材料的徑向尺寸越來越小，對材料的應用會有限制，所以傳統擠壓具有一定的局限性。

大塑性變形熱機械加工技術可以在塑性變形過程中引入大的應變量，并能有效細化組織。典型的大塑性變形技術有：大比率擠壓、高壓扭轉、等通道轉角擠壓和往復擠壓。采用這些方法可以將鎂合金晶粒尺寸細化至亞微米或納米級。然而，上述大塑性變形工藝都存在一定的局限性。例如：大比率擠壓與傳統的擠壓相似，擠壓型材中同樣在中心和邊緣區域存在組織不均勻性；由于擠壓比大，擠壓成品截面面積小，產品使用范圍較窄。高壓扭轉可使材料獲得大的變形量,但產品為薄片狀試樣，尺寸小，晶粒尺寸小于1μm，但組織不均勻，使其應用范圍受到限制。等通道轉角擠壓是一種實用有效的晶粒細化技術,加工過程中試樣截面尺寸保持不變,可以反復變形產生大的應變,獲得均勻致密的組織。往復擠壓是集擠壓和墩粗為一體的大塑性變形工藝，擠壓后材料恢復到原始尺寸，因此經過多道次擠壓后可以獲得均勻的細晶組織。雖然等通道轉角擠壓和往復擠壓都可以制備大塊的均勻細晶材料，但是等通道轉角擠壓和往復擠壓每次的變形量相對較小，需要多道次的擠壓才能獲得均勻的細晶組織。上述大塑性變形工藝在科研領域應用較多，然而由于難以實現材料的連續制備，無法應用于工業生產。

目前在工業生產中，既要滿足不大幅度損失擠壓比（即：坯料截面面積/擠出材料截面面積比率）、又能制備出均勻細晶組織是熱機械加工技術的發展方向。

技術實現要素：

本發明的目的正是針對上述現有技術中所存在的不足之處而提供一種利用斜通道技術制備細晶鎂合金的裝置。本發明的裝置在于結合傳統的正擠壓和等通道轉角擠壓工藝，利用擠壓過程中的轉角增加應變量，通過一次擠壓可以實現大塊均勻細晶材料的制備，同時坯料直徑/擠出材料直徑比率小，最終擠出材料的截面面積較大，又能實現材料的連續制備。材料晶粒度能達到大擠壓比擠壓、多道次的等通道轉角擠壓和往復擠壓獲得材料的晶粒度。

本發明的目的可通過下述技術措施來實現：

本發明的利用斜通道技術制備細晶鎂合金的裝置包括底部內壁加工有凹槽的擠壓筒，嵌裝在凹槽內的斜通道擠壓凹模，放置在擠壓筒中的擠壓桿，設置在擠壓筒外壁上的加熱體、以及控溫熱電偶。

本發明中擠壓筒內徑是斜通道擠壓凹模中斜通道內徑的三倍。

本發明中所述斜通道擠壓凹模的斜通道為斜置的直線通道。

本發明中所述斜通道擠壓凹模的斜通道也可以為由豎直轉斜置的帶有一次轉角的通道，且轉角的角度為120°；其中所述豎直段與斜置段的長度比為1:10。

本發明中所述斜通道擠壓凹模的斜通道還可以為由豎直轉斜置、再由斜置轉豎直的帶有兩次轉角的通道，且兩次轉角的角度均為120°；其中所述豎直段:斜置段: 豎直段的長度比為1:10:1。

擠壓時，鎂合金在接觸斜通道凹模后直徑減少，并傾斜擠出。若使用帶有轉角的擠壓凹模，那么再經過斜通道凹模內的轉角時受到更大的塑性變形，并再次細化合金組織，并通過轉角數量控制應變量，最終擠出組織均勻的細晶鎂合金。

本發明中所述的擠壓筒外環上設置有加熱體和控溫熱電偶，其工作溫度范圍為室溫至500℃。

本發明所述的利用斜通道技術制備細晶鎂合金的方法包括以下步驟：

（1）將斜通道擠壓凹模安置于擠壓筒中，組成一體；

（2）將鎂合金坯料加工成與擠壓筒內徑相同尺寸，裝入擠壓筒中；

（3）將擠壓桿放入擠壓筒中；

（4）將擠壓筒及擠壓筒內的材料升溫到預定溫度；

（5）將模具放在立式或臥式擠壓機上，在擠壓桿上施加壓力進行擠壓，制備細晶鎂合金。

本發明的有益效果如下：

（1）通過一次擠壓即可制備細晶鎂合金棒材，生產效率高，產品質量優，生產成本低；

（3）可以更換無轉角、一次轉角或兩次轉角斜通道擠壓凹模，方便地調整擠壓的變形量；

（3）本裝置的擠壓筒壁附帶電阻加熱體和測溫熱電偶孔，擠壓溫度可以在室溫至500℃范圍內精確控制，可以滿足鎂合金不同擠壓溫度的要求。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中序號：1、擠壓筒，2、斜通道擠壓凹模，3、擠壓桿，4、加熱體，5、控溫熱電偶，6、擠出的鎂合金材料，β、轉角的角度。

圖2為本發明所包括的三種斜通道擠壓凹模的結構圖：其中，（a）是無轉角斜通道擠壓凹模的結構圖，（b）是一次轉角斜通道擠壓凹模的結構圖，（c）是兩次轉角斜通道擠壓凹模的結構圖。

圖3為采用本發明所擠壓的鎂合金的金相照片：其中，(A)是利用無轉角斜通道擠壓凹模制備的合金組織圖（AZ31合金）；(B)是利用一次轉角斜通道擠壓凹模制備的合金組織圖（AZ31合金）；(C)是利用兩次轉角斜通道擠壓凹模制備的合金組織圖（AZ31合金）。

具體實施方式

本發明將結合實施例（附圖）作進一步描述：

如圖1所示，本發明的利用斜通道技術制備細晶鎂合金的裝置包括底部內壁加工有凹槽的擠壓筒1，嵌裝在凹槽內的斜通道擠壓凹模2，放置在擠壓筒中的擠壓桿3，設置在擠壓筒外壁上的加熱體4、以及控溫熱電偶5。

本發明中擠壓筒內徑是斜通道擠壓凹模中斜通道內徑的三倍。

所述斜通道擠壓凹模2可以根據擠壓變形量更換附帶不同轉角的擠壓凹模，如圖2所示。增加轉角次數可以增加變形量，提高組織細化程度。

更具體說：

如圖2中（a）所示，本發明中所述斜通道擠壓凹模2的斜通道為斜置的直線通道。

如圖2中（b）所示，本發明中所述斜通道擠壓凹模2的斜通道為由豎直轉斜置的帶有一次轉角的通道，且轉角的角度β為120°；其中所述豎直段與斜置段的長度比為1:10。

如圖2中（c）所示，本發明中所述斜通道擠壓凹模2的斜通道還可以為由豎直轉斜置、再由斜置轉豎直的帶有兩次轉角的通道，且兩次轉角的角度β均為120°；其中所述豎直段:斜置段:豎直段的長度比為1:10:1。

利用本發明的裝置制備細晶鎂合金方法如下：

（1）將斜通道擠壓凹模2放入擠壓筒1下方的凹槽內；

（2）將被擠壓材料加工成與擠壓筒1內徑相同的尺寸，然后裝入擠壓筒1中；

（3）將擠壓桿3放入上擠壓筒中；

（4）將擠壓筒1及擠壓筒內的鎂合金坯料升溫到預定溫度，溫度范圍為室溫至500℃；

（5）將模具放在立式或臥式擠壓機上，在擠壓桿上施加壓力進行擠壓，制備細晶鎂合金。

具體應用實例如下：

本實施例中，擠壓筒1的直徑為30 mm，斜通道擠壓凹模2的直徑為10 mm，最終擠出直徑為10 mm。將AZ31鎂合金鑄錠機加工成直徑為30 mm（擠壓筒直徑）× 70 mm的坯料；將坯料放入擠壓筒擠壓。擠壓溫度設定為325 ℃。按照上面所述的工藝，分別使用無轉角斜通道擠壓凹模、一次轉角斜通道擠壓凹模和兩次轉角斜通道擠壓凹模來制備細化合金組織，隨著轉角數增加，合金組織變細，平均晶粒尺寸分別為3.7μm、3.0μm和2.0μm，詳見圖3中(A)、(B)、(C)所示。其晶粒度遠小于325 ℃正擠壓制備AZ31合金晶粒尺寸，接近經過等通道擠壓和往復擠壓制備合金晶粒尺寸。