一種高強度納米晶az31鎂合金管的制備新方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬管材的成形領域，特別是通過半余弦通道模具，通過拉拔工藝實現鎂合金管材料的納米化，涉及到一種制備高強度納米晶AZ31鎂合金管的方法及模具。
【背景技術】
[0002]目前，鎂合金主要應用于計算機等電子產品、航空航天工業、軍工、汽車交通和醫療等應用領域，鎂合金的特點可滿足于航空航天等高科技領域對輕質材料吸噪、減震、防輻射的要求，可大大改善飛行器的氣體動力學性能和明顯減輕結構重量。從20世紀40年代開始，鎂合金首先在航空航天部門得到了優先應用。其中鎂合金管材具備堅固、耐腐蝕的特性，具有較高的力學性能、優良的沖壓性能，能夠適應海水腐蝕以及生物醫用。鎂合金管對氯化物、硫化物和氨具有較高的耐蝕性能。鎂合金在海水中的耐蝕性比鋁合金、不銹鋼、鎳基合金還高。鎂合金耐水沖擊性能也較強。因此，鎂合金管在航空航天領域和海事領域中得到了重要的應用。采用擠壓技術可制備小口徑厚壁管材，該方法采用棒料鑄造-棒料加熱及熱擠壓-乳制及拉伸成形，工序復雜，而且能耗高。采用焊接方法可制備大口徑厚壁管材，該方法高效節能，減少工序，但是焊接工藝本身存在焊縫區與熱影響區，而航空航天領域和海事領域對安全要求極高，因此，目前鎂合金管的成形技術制約了鎂合金管在航空航天領域和海事領域的進一步應用。
[0003]發明專利號為201010142229.0的發明采用稀土添加產生Al-RE化合物，強化了鎂合金管材的力學性能，沒有從管材的制造方法進行闡述，發明專利號為201410558770.8的發明通過利用冷發泡硬質聚氨酯工藝填充入鎂合金管件的內腔，在鎂合金管件的外壁包裹一層膜狀樹脂，從而提高鎂合金管件的碰撞吸能能力，該專利是從管道的保護角度入手提高鎂合金管的防護能力。上述發明一定程度提高了鎂合金管的壽命，但是獲得的鎂合金管的材料達不到納米化，提高鎂合金管力學性能有限。發明專利號為20110347299.4和201110374700.3的發明提出了一種用于管材的等通道變截面擠壓和拉拔的方法，通過由圓-橢圓-圓及橢圓扭轉變化，可使材料累積變形，可提高材料的強度，改善管材性能，但是采用該方法改變了模具通道的橫截面，獲得的管件不能較好的保持管道的原有截面幾何形狀。
[0004]本發明提出了一種半余弦曲線通道模具拉拔方法，采用該方法理論上可獲得無限長尺寸的高強度納米晶鎂合金管，同時由于是一種等橫截面通道變形可保持管道的原有截面幾何形狀，既能滿足制備薄壁管的低加工成本，又能獲得高強度管材，部分替代厚壁管的使用。因此，本發明提出了一種改善鎂合金管力學性能的半余弦曲線通道模具拉拔法獲得納米晶高強度AZ31鎂合金管。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是:為克服薄壁AZ31鎂合金管的強度問題，提供一種高強度納米晶AZ31鎂合金管的制備新方法，提供一種通過半余弦曲線通道模具拉拔法，可以低成本獲得較長尺寸高強度納米晶AZ31鎂合金管。
[0006]本發明提出的一種半余弦曲線通道模具拉拔法制備長尺寸AZ31鎂合金管納米晶AZ31鎂合金管的方法包括以下步驟:
步驟一，管坯準備:將即將拉拔的管坯分為二部分，第一部分是管材拉拔端部分:該部分通過焊合密封，同時在端口部設置AZ31鎂合金繩卡頭；第二部分是管材主要拉拔部分:該部分將獲得大應變，組織達到納米化，最終獲得優良的力學性能；向一端密封的AZ31鎂合金管注入錫熔體進行冷卻，通過該方法可以獲得實心的AZ31鎂合金管，避免在步驟二的變形中產生管材的橫截面畸變。
[0007]步驟二，拉拔準備:將管坯進行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準備好的管坯的第一部分的AZ31鎂合金繩卡頭與拉拔裝置的AZ31鎂合金絲拉繩連接，然后在AZ31鎂合金絲繩牽引下把管坯放入半余弦曲線通道模具。
[0008]步驟三，拉拔變形:拉拔裝置以5mm/s-20mm/s的牽引速度將管還通過半余弦曲線通道模具拉拔，拉拔后重復上一次的拉拔變形一次，通過兩次拉拔可以累積足夠的應變，從而獲得高強度納米晶AZ31鎂合金管。
[0009]步驟四，獲得管材:將獲得高強度納米晶AZ31鎂合金管拉拔端部分向上垂直放置在加熱槽中焙燒至230° —小時，錫金屬填充材料受熱全部熔化流出，流出的錫料可以反復使用，同時AZ31鎂合金管進行了去應力退火，獲得力學性能優良的高強度納米晶AZ31鎂合金管。
[0010]本發明實現AZ31鎂合金管拉拔變形的半余弦曲線通道模具，包括圓形通道凹模、第一層預應力壓套、第二層預應力壓套，及相應的附屬部件鋼絲繩卡頭和鋼絲繩。
[0011]本發明的有益效果是:采用此種方案，通過半余弦曲線通道模具拉拔兩次變形方法拉拔AZ31鎂合金管，同時內部填充錫金屬材料，對AZ31鎂合金管內壁施加壓應力能保證AZ31鎂合金管在拉拔過程中橫截面的形狀及尺寸不改變，該方法可以實現AZ31鎂合金管的微觀組織納米化，從而獲得性能優良的高強度納米晶AZ31鎂合金管。在半余弦曲線通道模具基礎上實現了 AZ31鎂合金管的連續拉拔變形，既實現了管壁金屬的納米化，又減輕了操縱工人的勞動強度，拓寬了薄壁AZ31鎂合金管的應用范圍。
【附圖說明】
[0012]下面是結合附圖和實施例對本發明的具體實施方案進行詳細地說明。
[0013]圖1為本發明加工工藝簡略示意圖；
圖2為本發明半余弦曲線通道模具拉拔工藝裝置圖；
圖3獲得的拉拔試樣透射電鏡微觀照片；
圖4為拉拔管材試樣的應力-應變曲線。
[0014]上述圖中的標記為:
圖1為本發明加工工藝簡略示意圖的1.圓形通道凹模，2.擠壓件管坯；
圖2為本發明半余弦曲線通道模具拉拔工藝裝置圖的1.圓形通道凹模，2.擠壓件管坯，3.第一層凹模預應力套圈，4.第二層凹模預應力套圈，5.卡頭，6.鋼絲繩，7.預應力模具底座。
【具體實施方式】
[0015]實施例、一種高強度納米晶AZ31鎂合金管的制備新方法
將即將拉拔的管坯拔端部分焊合密封，同時在端口部設置鋼繩卡頭；向一端密封的AZ31鎂合金管注入錫熔體進行冷卻，通過該方法可以獲得實心的AZ31鎂合金管。將管坯進行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準備好的管坯的第一部分的鋼絲繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把管坯放入半余弦曲線通道模具。拉拔裝置以lOmm/s的牽引速度將管坯通過半余弦曲線通道模具拉拔，拉拔后再重復上一次的拉拔變形一次，然后將獲得高強度納米晶AZ31鎂合金管拉拔端部分向上垂直放置在加熱槽中焙燒至230°后保溫一小時，錫金屬填充材料受熱全部熔化流出，同時也相應對AZ31鎂合金管進行了去應力退火工藝，獲得力學性能優良的高強度納米晶AZ31鎂合金管。
[0016]從圖3所示的納米晶AZ31鎂合金拉拔管材試樣透射電鏡微觀照片可以看出AZ31鎂合金管的平均晶粒組織是小于900m的納米材料。從圖4所示的納米晶銅拉拔管材試樣拉伸真應力-應變曲線，可以看出，強度較傳統試樣提高141%，根據Hall-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏觀力學性能越高。
[0017]因此，獲得的納米晶AZ31鎂合金拉拔管材試樣的平均晶粒組織是小于900nm的納米材料，其強度較傳統試樣提高141%。
[0018]本發明提供的一種高強度納米晶AZ31鎂合金管可采用簡單的線材拉拔加工設備，獲得的材料有高的硬度和強度，同時保持較好的韌性。因此，本發明材料具有潛在的應用價值，特別在航空、航天和核電領域方面具有很好的優勢。
[0019]本發明所采用的半余弦曲線通道模具結構，均可采用現有技術，本發明并不局限于上述所列舉的具體實施形式，凡本領域技術人員不經過創造性勞動所能得到的改進，均屬于本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種高強度納米晶AZ31鎂合金管的制備新方法，通過半余弦曲線通道模具拉拔兩次變形方法拉拔AZ31鎂合金管，同時內部填充錫金屬材料，對AZ31鎂合金管內壁施加壓應力能保證AZ31鎂合金管在拉拔過程中橫截面的形狀及尺寸不改變，該方法可以實現AZ31鎂合金管的微觀組織納米化，從而獲得性能優良的高強度納米晶AZ31鎂合金管。2.根據權利要求1所述的一種高強度納米晶AZ31鎂合金管的制備新方法，其特征是:通過向一端密封的AZ31鎂合金管注入錫熔體并進行冷卻的方法可以獲得實心的AZ31鎂合金管，即可避免在拉拔過程中因通過半余弦曲線通道的劇烈塑性變形產生管材的橫截面畸變，在半余弦曲線通道模具基礎上實現了 AZ31鎂合金管的連續拉拔變形。3.根據權利要求1所述的一種高強度納米晶AZ31鎂合金管的制備新方法，其特征是:獲得的納米晶AZ31鎂合金拉拔管材試樣的平均晶粒組織是小于900nm的納米材料，其強度較傳統試樣提高141%。
【專利摘要】本發明公開了一種高強度納米晶AZ31鎂合金管的制備新方法，本發明的特點是可以低成本制備高強度薄壁管材代替厚壁管材使用，通過采用半余弦曲線模具通道拉拔AZ31鎂合金管拉拔兩次后可實現AZ31鎂合金管的劇烈塑性變形，最終累積大變形，獲得高強度納米晶AZ31鎂合金管。本發明設計的圓形通道拉拔模具采用雙層預應力套圈結構能夠大幅度提高余玄曲線通道模具強度，提高模具的使用壽命。采用的錫熔體充實AZ31鎂合金管避免了管材在半余弦曲線模具通道拉拔過程的橫截面畸變，同時管材在兩向應力下材料得到較好細化，使AZ31鎂合金管的力學性能得到進一步提高，保證高密度的前提下兼有高的強度和良好的韌性。
【IPC分類】B21C1/22, B21C3/02, B21C9/02
【公開號】CN105107856
【申請號】CN201510525759
【發明人】徐淑波, 趙中魁, 李振東
【申請人】山東建筑大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月25日