一种利用斜通道技术制备细晶镁合金的装置的制作方法

本发明涉及制备细晶镁合金的装置，具体说是涉及一种利用斜通道技术制备细晶镁合金的装置。

背景技术：

铸造镁合金塑性差、强度低。经过热机械加工后，组织发生动态再结晶而细化，同时晶界处的网状金属间化合物被破碎并重新分布。组织细化后力学性能显著提高，当晶粒尺寸≤10μm时，合金通常还具有低温和高应变速率超塑性。因此，通过热机械加工细化组织是制备高性能镁合金的重要手段，新型加工技术研发备受关注。

热机械加工工艺可分为传统的塑性加工技术和大塑性变形技术。传统的塑性加工技术主要是挤压和轧制，对棒材而言，挤压是最常用的工艺。然而，利用传统正挤压制备镁合金时，由于总因变量相对较小，中心区域变形程度小于边缘区域，所以组织分布不均匀，当挤压温度较低时常存在大面积的未再结晶区域。虽然正挤压后材料可以获得细晶组织，但组织细化程度受到一定的限制，如果通过多次连续的变径挤压细化材料组织，则材料的径向尺寸越来越小，对材料的应用会有限制，所以传统挤压具有一定的局限性。

大塑性变形热机械加工技术可以在塑性变形过程中引入大的应变量，并能有效细化组织。典型的大塑性变形技术有：大比率挤压、高压扭转、等通道转角挤压和往复挤压。采用这些方法可以将镁合金晶粒尺寸细化至亚微米或纳米级。然而，上述大塑性变形工艺都存在一定的局限性。例如：大比率挤压与传统的挤压相似，挤压型材中同样在中心和边缘区域存在组织不均匀性；由于挤压比大，挤压成品截面面积小，产品使用范围较窄。高压扭转可使材料获得大的变形量,但产品为薄片状试样，尺寸小，晶粒尺寸小于1μm，但组织不均匀，使其应用范围受到限制。等通道转角挤压是一种实用有效的晶粒细化技术,加工过程中试样截面尺寸保持不变,可以反复变形产生大的应变,获得均匀致密的组织。往复挤压是集挤压和墩粗为一体的大塑性变形工艺，挤压后材料恢复到原始尺寸，因此经过多道次挤压后可以获得均匀的细晶组织。虽然等通道转角挤压和往复挤压都可以制备大块的均匀细晶材料，但是等通道转角挤压和往复挤压每次的变形量相对较小，需要多道次的挤压才能获得均匀的细晶组织。上述大塑性变形工艺在科研领域应用较多，然而由于难以实现材料的连续制备，无法应用于工业生产。

目前在工业生产中，既要满足不大幅度损失挤压比（即：坯料截面面积/挤出材料截面面积比率）、又能制备出均匀细晶组织是热机械加工技术的发展方向。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种利用斜通道技术制备细晶镁合金的装置。本发明的装置在于结合传统的正挤压和等通道转角挤压工艺，利用挤压过程中的转角增加应变量，通过一次挤压可以实现大块均匀细晶材料的制备，同时坯料直径/挤出材料直径比率小，最终挤出材料的截面面积较大，又能实现材料的连续制备。材料晶粒度能达到大挤压比挤压、多道次的等通道转角挤压和往复挤压获得材料的晶粒度。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的利用斜通道技术制备细晶镁合金的装置包括底部内壁加工有凹槽的挤压筒，嵌装在凹槽内的斜通道挤压凹模，放置在挤压筒中的挤压杆，设置在挤压筒外壁上的加热体、以及控温热电偶。

本发明中挤压筒内径是斜通道挤压凹模中斜通道内径的三倍。

本发明中所述斜通道挤压凹模的斜通道为斜置的直线通道。

本发明中所述斜通道挤压凹模的斜通道也可以为由竖直转斜置的带有一次转角的通道，且转角的角度为120°；其中所述竖直段与斜置段的长度比为1:10。

本发明中所述斜通道挤压凹模的斜通道还可以为由竖直转斜置、再由斜置转竖直的带有两次转角的通道，且两次转角的角度均为120°；其中所述竖直段:斜置段: 竖直段的长度比为1:10:1。

挤压时，镁合金在接触斜通道凹模后直径减少，并倾斜挤出。若使用带有转角的挤压凹模，那么再经过斜通道凹模内的转角时受到更大的塑性变形，并再次细化合金组织，并通过转角数量控制应变量，最终挤出组织均匀的细晶镁合金。

本发明中所述的挤压筒外环上设置有加热体和控温热电偶，其工作温度范围为室温至500℃。

本发明所述的利用斜通道技术制备细晶镁合金的方法包括以下步骤：

（1）将斜通道挤压凹模安置于挤压筒中，组成一体；

（2）将镁合金坯料加工成与挤压筒内径相同尺寸，装入挤压筒中；

（3）将挤压杆放入挤压筒中；

（4）将挤压筒及挤压筒内的材料升温到预定温度；

（5）将模具放在立式或卧式挤压机上，在挤压杆上施加压力进行挤压，制备细晶镁合金。

本发明的有益效果如下：

（1）通过一次挤压即可制备细晶镁合金棒材，生产效率高，产品质量优，生产成本低；

（3）可以更换无转角、一次转角或两次转角斜通道挤压凹模，方便地调整挤压的变形量；

（3）本装置的挤压筒壁附带电阻加热体和测温热电偶孔，挤压温度可以在室温至500℃范围内精确控制，可以满足镁合金不同挤压温度的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中序号：1、挤压筒，2、斜通道挤压凹模，3、挤压杆，4、加热体，5、控温热电偶，6、挤出的镁合金材料，β、转角的角度。

图2为本发明所包括的三种斜通道挤压凹模的结构图：其中，（a）是无转角斜通道挤压凹模的结构图，（b）是一次转角斜通道挤压凹模的结构图，（c）是两次转角斜通道挤压凹模的结构图。

图3为采用本发明所挤压的镁合金的金相照片：其中，(A)是利用无转角斜通道挤压凹模制备的合金组织图（AZ31合金）；(B)是利用一次转角斜通道挤压凹模制备的合金组织图（AZ31合金）；(C)是利用两次转角斜通道挤压凹模制备的合金组织图（AZ31合金）。

具体实施方式

本发明将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1所示，本发明的利用斜通道技术制备细晶镁合金的装置包括底部内壁加工有凹槽的挤压筒1，嵌装在凹槽内的斜通道挤压凹模2，放置在挤压筒中的挤压杆3，设置在挤压筒外壁上的加热体4、以及控温热电偶5。

本发明中挤压筒内径是斜通道挤压凹模中斜通道内径的三倍。

所述斜通道挤压凹模2可以根据挤压变形量更换附带不同转角的挤压凹模，如图2所示。增加转角次数可以增加变形量，提高组织细化程度。

更具体说：

如图2中（a）所示，本发明中所述斜通道挤压凹模2的斜通道为斜置的直线通道。

如图2中（b）所示，本发明中所述斜通道挤压凹模2的斜通道为由竖直转斜置的带有一次转角的通道，且转角的角度β为120°；其中所述竖直段与斜置段的长度比为1:10。

如图2中（c）所示，本发明中所述斜通道挤压凹模2的斜通道还可以为由竖直转斜置、再由斜置转竖直的带有两次转角的通道，且两次转角的角度β均为120°；其中所述竖直段:斜置段:竖直段的长度比为1:10:1。

利用本发明的装置制备细晶镁合金方法如下：

（1）将斜通道挤压凹模2放入挤压筒1下方的凹槽内；

（2）将被挤压材料加工成与挤压筒1内径相同的尺寸，然后装入挤压筒1中；

（3）将挤压杆3放入上挤压筒中；

（4）将挤压筒1及挤压筒内的镁合金坯料升温到预定温度，温度范围为室温至500℃；

（5）将模具放在立式或卧式挤压机上，在挤压杆上施加压力进行挤压，制备细晶镁合金。

具体应用实例如下：

本实施例中，挤压筒1的直径为30 mm，斜通道挤压凹模2的直径为10 mm，最终挤出直径为10 mm。将AZ31镁合金铸锭机加工成直径为30 mm（挤压筒直径）× 70 mm的坯料；将坯料放入挤压筒挤压。挤压温度设定为325 ℃。按照上面所述的工艺，分别使用无转角斜通道挤压凹模、一次转角斜通道挤压凹模和两次转角斜通道挤压凹模来制备细化合金组织，随着转角数增加，合金组织变细，平均晶粒尺寸分别为3.7μm、3.0μm和2.0μm，详见图3中(A)、(B)、(C)所示。其晶粒度远小于325 ℃正挤压制备AZ31合金晶粒尺寸，接近经过等通道挤压和往复挤压制备合金晶粒尺寸。