阅读说明：本技术 一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺及挤压模具 (Preparation process and extrusion die for magnesium alloy pipe under multiple strain paths ) 是由 杨建雷 张文丛 陈文振 崔国荣 王文珂 于 2020-11-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺及挤压模具,包括以下步骤：准备棒状的镁合金坯料、高温石墨粉；对镁合金坯料进行热处理,在空气中缓慢冷却；再次进行挤压预热处理；将加热后的镁合金坯料放置在挤压机中,挤压机中挤压凸模和凹模在加热后,将镁合金坯料放置在其中；由于剪切挤压通道为波纹状,可以产生多次挤压变形；对挤压后的镁合金管材进行打磨、清洁。本发明提供的多应变路径下镁合金管材的制备工艺及挤压模具,避免了现有镁合金加工方法存在的挤压织构强烈、拉压不对称性严重以及晶粒细化程度低等技术问题,提高了镁合金的综合力学性能。(The invention provides a preparation process and an extrusion die of a magnesium alloy pipe under multiple strain paths, which comprises the following steps: preparing a bar-shaped magnesium alloy blank and high-temperature graphite powder; carrying out heat treatment on the magnesium alloy blank, and slowly cooling in air; carrying out extrusion preheating treatment again; placing the heated magnesium alloy blank in an extruder, and placing the magnesium alloy blank in the extruder after heating an extrusion convex die and a concave die in the extruder; the shearing and extruding channel is corrugated, so that multiple times of extrusion deformation can be generated; and polishing and cleaning the extruded magnesium alloy pipe. The preparation process and the extrusion die of the magnesium alloy pipe under the multi-strain path provided by the invention avoid the technical problems of strong extrusion texture, serious tension-compression asymmetry, low grain refinement degree and the like in the existing magnesium alloy processing method, and improve the comprehensive mechanical property of the magnesium alloy.)

一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺及挤压模具

技术领域

本发明属于有色金属塑性加工技术领域，具体说是涉及一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺及挤压模具。

背景技术

近年来，镁及镁合金因其独特且优良的综合力学性能受到了广泛的关注，是目前最轻的金属结构材料。由于镁及镁合金具有优良的性能特点，例如：密度低、质量轻、导电导热性能极好、较高的比强度和比刚度、电磁屏蔽性能好、机加工性能优良，除此之外，还易于回收，所以镁及镁合金拥有极好的应用前景，目前已经在军事、航空航天与数码电子产品等领域得到了大范围的应用。但是，由于镁及镁合金自身的晶体结构缺陷，比如：镁是密排六方结构，可启动的独立的滑移系少，难以发生变形，室温力学性能差；除此之外，镁属于活泼金属，容易发生化学反应使其氧化而且耐腐蚀性能差，因此极大的限制了镁及镁合金的推广应用。因此，只有生产加工综合力学性能好的镁合金材料才能拓宽其适用范围。

根据目前的研究现状，为了提高镁合金的综合力学性能主要是通过合金化与晶粒细化这两种途径。合金化是指在常见的镁合金基础上通过熔炼添加一种或多种元素，以此来提高镁合金的强度和硬度。但是由于合金化熔炼过程中需要添加合金元素或稀土元素，危险系数高、成本较高。剧烈塑性变形是晶粒细化的一种主要方式，剧烈塑性变形可以克服传统加工方法的缺点，使材料的晶粒尺寸细化至亚微米级甚至纳米级，并获得优异的综合力学性能，常见的剧烈塑性变形主要包括：等通道转角挤压、高压扭转以及累积叠轧等。这些剧烈塑性变形方法各有特点，等通道转角挤压是目前应用最广的一种方法，样品挤压前后形状和尺寸不发生变化，可以多次反复挤压变形累积较大的塑性变形量，但其单次挤压变形量较小；高压扭转可制备具有更小晶粒尺寸的薄片样品，但其样品尺寸小且组织不均匀。总之，很多剧烈塑性变形方法存在诸多技术问题和不足。因此，本技术方案提出了一种新的剧烈塑性变形方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺及挤压模具，解决了现有镁合金加工方法存在的挤压织构强烈、拉压不对称性严重以及晶粒细化程度低等技术问题，提高了镁合金的综合力学性能。

一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：准备棒状的镁合金坯料、高温石墨粉；

步骤S2：对镁合金坯料进行热处理，在空气中缓慢冷却；

步骤S3：再次进行挤压预热处理；

步骤S4：将加热后的镁合金坯料放置在挤压机中，挤压机中挤压凸模和凹模在加热后，将镁合金坯料放置在其中；

由于剪切挤压通道为波纹状，可以产生多次挤压变形；

步骤S5：对挤压后的镁合金管材进行打磨、清洁。

所述步骤S4中，挤压凹模的内侧面设置有波纹状的剪切挤压通道。

所述步骤S4中，所述剪切挤压通道具有多个波纹部。

所述步骤S4中，若干个所述波纹部可以旋转运动。

所述镁合金管材挤压后的晶粒尺寸达到500nm。

一种多应变路径下镁合金管材的挤压模具，包括挤压凸模和挤压凹模，所述挤压凸模和所述挤压凹模均设置在所述挤压机上，所述挤压凸模伸入到所述挤压凹模中；

所述挤压凹模包括相间分布且连接在一起的多个外挤压筒和螺纹筒，两个相邻的所述螺纹筒之间设置有中间挤压筒，所述外挤压筒和所述中间挤压筒设置有光滑的内侧面，所述中间挤压筒设置有内螺纹；

所述外挤压筒、所述螺纹筒和所述中间挤压筒均设置在定位架上，所述定位架上还设置有用于驱动所述螺纹筒旋转的驱动机构。

所述螺纹筒外侧面设置有从动齿轮，所述螺纹筒和所述从动齿轮的中心一致，所述螺纹筒的两端面分别设置有嵌入部，所述嵌入部设置在所述外挤压筒或所述中间挤压筒端面的开口槽内。

所述螺纹筒外侧面设置有从动齿轮，所述螺纹筒和所述从动齿轮的中心一致，所述螺纹筒的两端分别设置有轴承，所述轴承与所述外挤压筒或所述中间挤压筒端部连接。

所述驱动机构包括与所述从动齿轮啮合连接的主动齿轮、穿过所述主动齿轮的转轴、与所述转轴端部连接的电机，所述转轴通过支撑座设置在所述定位架上。

所述定位架包括支架、设置在所述支架上的外卡筒和内卡筒，所述外挤压筒和所述螺纹筒相邻的端部分别卡设在所述外卡筒上；

所述中间挤压筒和所述螺纹筒相邻的端部分别卡设在所述内卡筒上。

本发明达成以下显著效果：

(1)在筒形挤压模具内，在加热状态下，对镁合金坯料进行挤压加工，使镁合金坯料由棒状变为管状，然后镁合金管材通过波纹状剪切挤压通道，且管材通过波纹状剪切挤压通道前后的直径不变，在此过程中产生多次剪切变形，既可细化晶粒组织，又可弱化基面织构，提高综合力学性能，应用范围较广。最终可制备出晶粒尺寸为500nm左右的高性能镁合金管材；

(2)设计有多个螺纹筒，且在外力的作用下，使得螺纹筒旋转，有助于减缓因为挤压力对镁合金坯料的破坏作用，在细化晶粒组织的同时，还能做到保证镁合金坯料的韧性。

附图说明

图1为本发明专利实施例中挤压凹模的结构图。

图2为本发明专利实施例中螺纹筒的结构图。

图3为本发明专利实施例中定位架的结构图。

其中，附图标记为：1、定位架；1-1、支架；1-2、外卡筒；1-3、内卡筒；2、主动齿轮；2-1、从动齿轮；3、转轴；4、电机；5、外挤压筒；5-1、中间挤压筒；6、螺纹筒；6-1、嵌入部；6-2、内螺纹。

具体实施方式

为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

一种多应变路径下镁合金管材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：准备棒状的镁合金坯料、高温石墨粉；

步骤S2：对镁合金坯料进行热处理，在空气中缓慢冷却；

步骤S3：再次进行挤压预热处理；

步骤S4：将加热后的镁合金坯料放置在挤压机中，挤压机中挤压凸模和凹模在加热后，将镁合金坯料放置在其中；

由于剪切挤压通道为波纹状，可以产生多次挤压变形；

步骤S5：对挤压后的镁合金管材进行打磨、清洁。

步骤S4中，挤压凹模的内侧面设置有波纹状的剪切挤压通道。

步骤S4中，剪切挤压通道具有多个波纹部。

步骤S4中，若干个波纹部可以旋转运动。

镁合金管材挤压后的晶粒尺寸达到500nm。

参见图1，一种多应变路径下镁合金管材的挤压模具，包括挤压凸模和挤压凹模，挤压凸模和挤压凹模均设置在挤压机上，挤压凸模伸入到挤压凹模中；

挤压凹模包括相间分布且连接在一起的多个外挤压筒5和螺纹筒6，两个相邻的螺纹筒6之间设置有中间挤压筒5-1，外挤压筒5和中间挤压筒5-1设置有光滑的内侧面，中间挤压筒5-1设置有内螺纹6-2；

外挤压筒5、螺纹筒6和中间挤压筒5-1均设置在定位架1上，定位架1上还设置有用于驱动螺纹筒6旋转的驱动机构。

本专利中，设置有多个螺纹筒6，可以实现对镁合金棒进行多次变形处理，加强晶粒的细化程度。

参见图2，螺纹筒6外侧面设置有从动齿轮2-1，螺纹筒6和从动齿轮2-1的中心一致，螺纹筒6的两端面分别设置有嵌入部6-1，嵌入部6-1设置在外挤压筒5或中间挤压筒5-1端面的开口槽内。

更优地，螺纹筒6外侧面设置有从动齿轮2-1，螺纹筒6和从动齿轮2-1的中心一致，螺纹筒6的两端分别设置有轴承，轴承与外挤压筒5或中间挤压筒5-1端部连接。

驱动机构包括与从动齿轮2-1啮合连接的主动齿轮2、穿过主动齿轮2的转轴3、与转轴3端部连接的电机4，转轴3通过支撑座设置在定位架1上。

设置有驱动机构，可以避免波浪纹对镁合金坯料过大的阻碍作用，在细化晶粒的同时，还可以保证良好的韧性，使得挤压过程更加顺利进行，减少阻力的作用。

参见图3，定位架1包括支架1-1、设置在支架1-1上的外卡筒1-2和内卡筒1-3，外挤压筒5和螺纹筒6相邻的端部分别卡设在外卡筒1-2上；

中间挤压筒5-1和螺纹筒6相邻的端部分别卡设在内卡筒1-3上。

注：本专利针对现有的挤压模具进行改进，具体来说，是针对挤压凹模改进，将创新点的部分通过附图的形式描述出来，关于模具非创新点以及挤压机的其余部分不再详述。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。