一種高性能鎂合金板材的擠壓加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鎂合金板材性能增強及加工方法的改進，具體涉及一種高性能鎂合金板材的擠壓加工方法，屬于有色金屬塑性加工與增加力學性能的技術領域。
【背景技術】
[0002]鎂的密度為1.74g/cm3，鎂合金的密度約為鋁合金的2/3，鋼的1/4，在實用金屬材料中，鎂合金密度是目前應用的最輕金屬結構材料。鎂合金具有比強度和比剛高、電磁屏蔽性能好、易切削加工、導電和導熱性好以及易回收等優點，使其在航空航天、武器裝備、交通運輸以及電子產品等領域的應用與需求大幅上漲。然而，鎂合金自身結構的特點決定了其存在強度低、硬度低、塑性差、耐熱抗蠕變和高溫服役性能差以及耐腐蝕性差等缺點，這在很大程度上限制了其應用范圍。因此，必須加工制備高性能鎂合金才能進一步擴大其應用領域與應用范圍。
[0003]為了提高鎂合金的力學性能，常采用一些增強方法對鎂合金進行處理，例如往復擠壓法、鑄造摻雜陶瓷顆粒法、合金化法、熱壓包覆法等。這些增強方法大多數是針對特定規格與特定用途的鎂合金進行增強處理，但也存在一些技術上的缺陷與弊端。例如鑄造摻雜陶瓷顆粒法所制備的鑄件會存在氣孔、縮松等鑄造缺陷；陶瓷顆粒分布不均勻會造成團聚現象的產生，這會明顯降低合金的力學性能；顆粒增強的鎂合金的耐磨性明顯提高，然而其塑性與韌性卻會大幅度下降。這些方法在技術上的缺陷與弊端在很大程度上限制了鎂合金的使用范圍。
【發明內容】
[0004]針對【背景技術】情況，本發明的目的是提供一種制備高性能鎂合金板材的擠壓加工方法，通過新型加工方法使得鎂合金材料產生分流、兩次變截面轉角擠壓與差速剪切變形，達到細化晶粒組織、弱化基面織構、提高力學性能的目的，獲得具有優異綜合性能的高性能鎂合金板材，擴大鎂合金的應用范圍。
[0005]為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下:一種高性能鎂合金板材的擠壓加工方法，采用如下步驟:
(1)精選材料、化學試劑鎂合金塊坯料:固態塊體；
砂紙:固態固體；
尚溫石墨:固態粉末；
無水乙醇:液態液體；
丙酮:液態液體；
(2)預處理鎂合金塊坯料
①用1200目砂紙對鎂合金塊坯料的外表面進行打磨，去除油污，再用2400目砂紙進行打磨，使表面清潔、光滑； ②丙酮和無水乙醇按體積比3:2，加入清洗槽內，攪拌混合，配置成丙酮+無水乙醇混合液；
③將清洗槽置于超聲波清洗機上，把鎂合金塊坯料浸泡于丙酮+無水乙醇混合液中進行超聲波震動洗滌，時間為40min ;
④超聲波震動洗滌后將鎂合金塊坯料取出，置于干燥架上，用吹風機吹干；
(3)預熱鎂合金塊坯料
開啟真空氣氛加熱爐，預設溫度為250°C -500°C，達到預設溫度時，將鎂合金塊坯料置于加熱爐中，保溫0.5h-4h ；
(4)擠壓鎂合金塊坯料
鎂合金塊坯料的擠壓加工是在立式液壓擠壓機上進行的，是在加熱擠壓凹模模具內、在固定擠壓凸模模具、擠壓凸模模具與擠壓伸縮壓頭的作用下完成的；
①制備擠壓模具
擠壓凹模模具用4Cr5MoSiV材料制備，模腔橫截面呈矩形，其中矩形前后邊的中間設置有對稱的兩個半圓形凹槽；各個角為光滑倒圓角，壁厚為35-60mm，模腔內表面粗糙度為Ra0.08-0.16 μ m ;
固定擠壓凸模模具用4Cr5MoSiVl材料制備，數量為兩個且左右對稱分布，單個固定擠壓凸模模具包括水平段和連接在水平段下方的豎直段；左固定擠壓凸模模具的水平段固定于擠壓凹模模具上方左側，其豎直段向下伸入擠壓凹模模具的模腔并與模腔左內壁之間形成左擠壓通道；右固定擠壓凸模模具的水平段固定于擠壓凹模模具上方右側，其豎直段向下伸入擠壓凹模模具的模腔并與模腔右內壁之間形成右擠壓通道；左、右固定擠壓凸模模具的豎直段底部均與模腔底面有間隔，左右兩個豎直段的橫截面均呈矩形，左豎直段靠近模腔左側邊的一側以及右豎直段靠近模腔右側邊的一側均設有傾斜角度為30-60°、高度為2-6mm的剪切平臺，剪切平臺之上壁厚為35_56mm、之下為33_50mm，固定擠壓凸模模具表面粗糙度為Ra0.08-0.16 μπι;左固定擠壓凸模模具的右側邊與前后兩個半圓形凹槽的左邊緣連線平齊；右固定擠壓凸模模具的左側邊與前后兩個半圓形凹槽的右邊緣連線平齊；上述兩個相鄰的側邊與半圓形凹槽之間形成中間擠壓通道；中間擠壓通道與左、右擠壓通道相連接的通道為下部擠壓通道；
擠壓凸模模具用4Cr5MoSiVl材料制備，橫截面呈與中間擠壓通道相配合的結構，厚度為40-60mm，擠壓凸模模具表面粗糙度為Ra0.08-0.16ym ；
②固定擠壓模具
在固定擠壓凸模模具表面、擠壓凸模模具表面與擠壓凹模模具模腔表面涂抹高溫石墨以潤滑，通過固定螺栓將固定擠壓凸模模具與擠壓凹模模具連接起來，將連接好的擠壓模具安裝于立式液壓擠壓機的模具固定架內，并置于加熱套內，將擠壓凸模模具伸入擠壓凹模模具模腔內，安裝牢固，連接關系正確，按序操作；
③開啟加熱套，加熱擠壓模具，加熱溫度預設為250°C-50(TC，達到預設溫度時保溫
0.5-4h ；
④置放鎂合金塊坯料
在預熱后的鎂合金塊坯料表面涂抹高溫石墨以潤滑，退出擠壓凸模模具，將鎂合金塊坯料置于擠壓凹模模具內，與固定擠壓凸模模具接觸，將擠壓凸模模具經中間擠壓通道伸入擠壓凹模模具模腔內，接觸鎂合金塊坯料；
再次進行保溫，保溫時間為l_5h ;
⑤開啟擠壓伸縮壓頭，通過壓塊使擠壓凸模模具下行，對預先置于模具模腔內的鎂合金塊體坯料進行擠壓，鎂合金塊體坯料在固定擠壓凸模模具的作用下產生分流，向兩側流動，并在固定擠壓凸模模具的入口處產生第一次變截面轉角擠壓變形，鎂合金塊坯料產生的塑性變形與轉角擠壓剪切變形細化了晶粒組織，在剪切變形過程中在剪切力的作用下晶粒c軸發生傾轉弱化了基面織構；在擠壓凸模模具的作用下，鎂合金塊坯料繼續向前流動，在固定擠壓凸模模具出口處產生第二次變截面轉角擠壓變形，晶粒組織再次被細化，基面織構也再次被弱化；當鎂合金塊坯料流動到剪切平臺時，產生差速剪切變形，晶粒組織進一步被細化，剪切變形導致晶粒c軸發生傾轉從而進一步弱化基面織構；當擠壓凸模模具上端完全進入擠壓凹模模具時，停止推進，完成擠壓，一次擠壓便獲得兩塊高性能鎂合金板材；
⑥擠壓完畢后，關閉加熱套，退出擠壓凸模模具，取出高性能鎂合金板材，使之在空氣中冷卻；
(5)打磨、潔凈處理
切除高性能鎂合金板材的廢料，并用砂紙對其表面進行打磨，然后用體積比為3:2的丙酮與無水乙醇的混合液通過超聲波進行清洗，使其潔凈，最后用吹風機吹干。
[0006]結論:通過新型擠壓加工方法加工后，鎂合金的平均晶粒尺寸由初始板材的34 μ m細化至4 μ m，(0001)基面織構強度由初始板材的27.02降低至9.85，組織細化、基面織構強度削弱有利于鎂合金強度、塑性等力學性能的提高。
[0007]進一步的，所用材料、化學試劑鎂合金塊:AZ31，140mmX80mmX40mm ;砂紙:SiC，1200目，2張；2400目，4張；高溫石墨:C, 500g ；
無水乙醇:CH3CH20H，1200ml ;丙酮:C3H60, 800ml。
[0008]本發明的有益效果在于:
本發明與【背景技術】相比具有明顯的先進性，是針對強度、塑性、硬度等力學性能較差的情況，采用新型擠壓加工方法使得鎂合金材料在擠壓過程中產生分流、兩次變截面轉角擠壓變形與差速剪切變形，在此過程中晶粒組織不斷被細化，晶粒c軸不斷發生傾轉致使基面織構不斷被弱化，從而達到細化晶粒組織、弱化基面織構、提高力學性能的目的，一次擠壓便獲得兩塊高性能鎂合金板材。本發明的高性能鎂合金板材加工方法簡單、成本低、效率高且易于實現，具有良好的規模化應用前景，是十分理想的高性能鎂合金板材的制備方法。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明中高性能鎂合金板材的擠壓狀態圖。
[0010]圖2為擠壓模具的剖面示意圖。
[0011]圖3為圖2中A-A向的剖面示意圖。
[0012]圖4為(a)初始鎂合金板材與(b)擠壓加工后鎂合金板的EBSD圖與(0001)極圖。
[0013]圖中所示，附圖標記清單如下:
1.電控箱，2.連接導線，3.電源開關，4.加熱套控制器，5.壓力電機控制器，6.指示燈，7.顯示屏，8.右立柱，9.模具固定架，10.擠壓凹模模具，11.右固定擠壓凸模模具，12.擠壓凸模模具，13.固定螺栓，14.升降手柄，15.壓力機頂座，16.壓力電機，17.擠壓伸縮壓頭，18.壓塊，19.左固定擠壓凸模模具，20.鎂合金板材，21.鎂合金塊坯料，22.加熱套，