用于弱基面织构镁合金薄板带材的连续挤压加工装置及挤压加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镁合金板材性能增强的连续挤压加工方法，具体是一种用于弱基面织构镁合金薄板带材的连续挤压加工装置以及通过该装置的连续挤压方法。
【背景技术】
[0002]镁合金作为当前应用最轻的金属结构材料，由于其较高的比强度和比刚度、电磁屏蔽性好、良好的切削加工能力、好的导电和导热性以及易回收等优点被航空航天、3C电子产品、交通运输以及国防等领域广泛青睐，被誉为“21世纪的绿色能源材料”。然而由于其独特的密排六方结构，室温下仅有2个独立的滑移系开动，满足不了塑性变形需要的5个独立滑移系的要求，故表现出较差的室温机械性能和成形性能。同时镁合金独特的结构特点导致其往往在加工过程中形成形变织构，如乳制和挤压会形成典型的基面板织构和基面丝织构，织构的出现致使镁合金出现各向异性和拉压不对称现象，严重限制了其应用范围和产业化推广。因此，制备加工高性能的镁合金是当前亟待解决的问题之，从而进一步促进其扩大应用领域和应用范围。
[0003]为了提高镁合金的机械性能，现阶段往往通过添加合金元素、剧烈塑性变形等对镁合金进行处理，例如添加Ce、Y、Gd、Li等元素可以获得高塑性的镁合金材料；而通过等径角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、往复挤压等可以细化晶粒获得强度和塑性的提高，但也存在一些技术上的缺陷和弊端。如添加合金元素一般为稀土元素，价格昂贵且在熔炼过程中容易出现气孔、缩松等铸造缺陷；而剧烈塑性变形虽避免了铸造缺陷，但是往往实际操作复杂，同时在进行薄板如Imm厚的板材挤压时往往压力过大，对设备吨位等要求严格，并且在变形过程中不易实现连续化，很难实现工业化生产。这些方法在技术上的缺陷和弊端又在一定程度上限制了增强型镁合金的使用范围。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种用于弱基面织构镁合金薄板带材的连续挤压加工装置以及使用该装置用于弱基面织构镁合金薄板带材的连续挤压加工方法。通过该装置及方法连续引入不同道次的差速剪切变形，促进晶粒细化，弱化基面织构，同时降低挤压过程中的挤压力，达到制备高性能镁合金板材的目的，从而促进镁合金的产业化应用，扩大镁合金的应用范围。
[0005]本发明是通过如下技术方案实现的:
一种用于弱基面织构镁合金薄板带材的连续挤压加工装置，包括挤压系统和电控箱，电控箱通过导线与挤压系统相连并用于控制挤压系统的各种动作；所述的挤压系统包括底座、顶座以及固定于底座和顶座之间的立柱；顶座的中心处安装有压力电机，压力电机底部安装有挤压伸缩压头，挤压伸缩压头的端部固定有压块，压块的底部固定有圆柱体装的凸模模具，立柱上安装有控制挤压伸缩压头动作的升降手柄；底座的中心处固定有工作台，工作台上安装有凹模固定框架，凹模固定框架的内壁上设有加热套，凹模固定框架内放置有置于工作平台上的凹模垫块，凹模垫块、工作台和底座在其中心处开设有贯穿三者的通孔；凹模固定框架内安置有凹模模具，凹模模具的底部与凹模垫块固定，凹模模具上正对凸模模具的位置设有贯穿其上下的模腔，模腔内从其中上部至底部腔口的相对两侧都分别设有多级逐渐向模腔轴线靠近的倾斜台阶，且两侧的多级倾斜台阶不对称分布，两侧台阶的高度差为2-8mm，倾斜台阶的倾斜角度为120° -150°，倾斜台阶做倒圆角设计且圆角直径为l-5mm;所述的电控箱上设有电源开关、加热套控制器、压力电机控制器、指示灯和显示屏。
[0006]进一步的，凸模模具和凹模模具都是由4Cr5MoSiVl材料制备而成的，凸模模具的表面粗糙度以及凹模模具模腔的表面粗糙度都为Ra0.08-0.16 μ m。
[0007]通过上述装置用于弱基面织构镁合金薄板带材的连续挤压加工的方法，包括如下步骤:
1)精选材料、化学试剂:镁合金坯料，固体块体；砂纸，固态固体；高温石墨，固态粉末；无水乙醇，液态液体；丙酮，液态液体；
2)预处理镁合金坯料:①用600目砂纸对镁合金坯料进行外表面打磨，去除油污，随后依次用1000、1200、2500目砂纸进行打磨，确保其表面清洁、光滑！②将丙酮和无水乙醇按体积比3:2加入清洗槽内，搅拌混合，制成丙酮+无水乙醇混合液将镁合金坯料置于清洗槽内的丙酮+无水乙醇混合液中，随后将清洗槽置于超声波清洗机上进行超声波清洗，清洗时间为30min，之后取出镁合金坯料并用无水乙醇进行清洗，随后用吹风机冷风吹干；
3)预热镁合金坯料:开启真空气氛加热炉，预设温度为300-50(TC，达到预定温度时，将镁合金坯料置于真空气氛加热炉中，保温l_4h ;
4)挤压镁合金坯料:镁合金坯料的挤压加工是在凸模模具、凹模模具和挤压伸缩压头的作用下完成的，具体为:
①在凸模模具表面、凹模模具表面、凹模模具模腔表面以及凹模固定框架内表面涂抹高温石墨以润滑，将凹模固定架通过螺栓固定在工作台上，再将加热套安装在凹模固定框架内表面上，再将凹模垫块固定于凹模模具底部，最后将凹模模具安置于凹模固定框架内即可，此时凸模模具、凹模模具的模腔、凹模垫块上的通孔、工作台上的通孔以及底座上的通孔都位于同一轴线上，控制凸模模具下行并置于凹模模具模腔的顶部腔口内，以保证凸模模具和凹模模具的模腔紧密垂直接触；开启加热套，加热温度设定为300°C _500°C，达到预定温度后保温l_5h ;
②在预热后的镁合金坯料表面涂抹耐高温石墨以润滑，控制凸模模具上行以退出凹模模具的模腔，将镁合金坯料置于凹模模具的模腔内并使其与模腔内的第一级倾斜台阶相接触，再控制凸模模具下行并伸入到凹模模具的模腔内，使凸模模具接触到镁合金坯料为止;
再次开启加热套，加热温度设定为30(TC -50(TC，达到预定温度时保温2-4h ;
③控制凸模模具继续下行，对凹模模具模腔内的镁合金坯料进行挤压，经过第一级倾斜台阶后镁合金坯料厚度减薄，产生的塑性变形促使晶粒得到细化，同时由于倾斜台阶形成的剪切平台的作用，诱导晶粒c轴发生偏转，向剪切面倾斜，弱化了基面织构，随后经过模腔两侧第一级倾斜台阶形成的第一个剪切平台和挤压通道，形成镁合金板坯；凸模模具继续下行，经过第二级倾斜台阶，镁合金板坯厚度继续减薄，晶粒获得进一步的细化，晶粒c轴继续向着剪切面倾斜，基面织构再次获得弱化；凸模模块继续下行，镁合金板坯经过第三次的剪切变形，促使第三次晶粒细化和基面织构弱化；随后凸模模块继续下行，第四次差速剪切变形发生，晶粒进一步细化，基面织构进一步弱化，……，经过多级挤压后形成最终的镁合金挤压板材，从凹模垫块、工作台及底座通孔中挤出，可在挤出的板材上加载牵引力促使板材平直；当凸模模具上端完全进入凹模模具模腔时，停机完成挤压，从而获得弱基面织构镁合金板材；
④挤压完毕以后，关闭加热套，退出凸模模具并卸下凸模模具，将弱基面织构镁合金板材从凹模模具底部腔口处锯断，取下弱基面织构镁合金板材，使用砂纸对其表面进行打磨，随后用丙酮+乙醇混合溶液进行清洗，随后使用无水乙醇再进行清洗，最后用吹风机冷风吹干即可。
[0008]通过本发明装置及多级挤压加工方法进行挤压时，由于逐级的晶粒细化和基面织构弱化大大降低了挤压过程中的挤压力，镁合金的平均晶粒尺寸与正常挤压镁合金相比大大减小，(0002)基面织构相比正常的挤压获得板材从27.6下降至8.2，晶粒细化和基面织构弱化有利于镁合金的强度和塑性等机械性能和冲压成形性能的提高。
[0009]本发明与现有技术相比具有明显的先进性，针对镁合金强度、塑性以及成形性能较差的情况，采用新型多级连续挤压工艺方法，使得镁合金经过连续多次的差速剪切变形，每一道次的剪切变形促使镁合金晶粒获得细化，晶粒c轴向剪切面倾斜，从而弱化(0002)基面织构；同时由于每一级变形的晶粒细化和基面织构弱化，极大的促使镁合金挤压过程中晶粒之间的相互协调作用，降低了挤压力，从而使镁合金板材挤压过程更加容易，可以直接从镁合金棒坯挤压获得镁合金薄板。本发明的弱基面织构镁合金板材的加工方法简单、成本低、大大降低了对设备吨位的要求，具有很好的规模化应用前景，是十分理想的提高镁合金强度、塑性能力的方法。
【附图说明】
[0010]图1为本发明加工装置的结构示意图。