一种高性能镁合金板材的挤压加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镁合金板材性能增强及加工方法的改进，具体涉及一种高性能镁合金板材的挤压加工方法，属于有色金属塑性加工与增加力学性能的技术领域。
【背景技术】
[0002]镁的密度为1.74g/cm3，镁合金的密度约为铝合金的2/3，钢的1/4，在实用金属材料中，镁合金密度是目前应用的最轻金属结构材料。镁合金具有比强度和比刚高、电磁屏蔽性能好、易切削加工、导电和导热性好以及易回收等优点，使其在航空航天、武器装备、交通运输以及电子产品等领域的应用与需求大幅上涨。然而，镁合金自身结构的特点决定了其存在强度低、硬度低、塑性差、耐热抗蠕变和高温服役性能差以及耐腐蚀性差等缺点，这在很大程度上限制了其应用范围。因此，必须加工制备高性能镁合金才能进一步扩大其应用领域与应用范围。
[0003]为了提高镁合金的力学性能，常采用一些增强方法对镁合金进行处理，例如往复挤压法、铸造掺杂陶瓷颗粒法、合金化法、热压包覆法等。这些增强方法大多数是针对特定规格与特定用途的镁合金进行增强处理，但也存在一些技术上的缺陷与弊端。例如铸造掺杂陶瓷颗粒法所制备的铸件会存在气孔、缩松等铸造缺陷；陶瓷颗粒分布不均匀会造成团聚现象的产生，这会明显降低合金的力学性能；颗粒增强的镁合金的耐磨性明显提高，然而其塑性与韧性却会大幅度下降。这些方法在技术上的缺陷与弊端在很大程度上限制了镁合金的使用范围。
【发明内容】
[0004]针对【背景技术】情况，本发明的目的是提供一种制备高性能镁合金板材的挤压加工方法，通过新型加工方法使得镁合金材料产生分流、两次变截面转角挤压与差速剪切变形，达到细化晶粒组织、弱化基面织构、提高力学性能的目的，获得具有优异综合性能的高性能镁合金板材，扩大镁合金的应用范围。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:一种高性能镁合金板材的挤压加工方法，采用如下步骤:
(1)精选材料、化学试剂镁合金块坯料:固态块体；
砂纸:固态固体；
尚温石墨:固态粉末；
无水乙醇:液态液体；
丙酮:液态液体；
(2)预处理镁合金块坯料
①用1200目砂纸对镁合金块坯料的外表面进行打磨，去除油污，再用2400目砂纸进行打磨，使表面清洁、光滑； ②丙酮和无水乙醇按体积比3:2，加入清洗槽内，搅拌混合，配置成丙酮+无水乙醇混合液；
③将清洗槽置于超声波清洗机上，把镁合金块坯料浸泡于丙酮+无水乙醇混合液中进行超声波震动洗涤，时间为40min ;
④超声波震动洗涤后将镁合金块坯料取出，置于干燥架上，用吹风机吹干；
(3)预热镁合金块坯料
开启真空气氛加热炉，预设温度为250°C -500°C，达到预设温度时，将镁合金块坯料置于加热炉中，保温0.5h-4h ；
(4)挤压镁合金块坯料
镁合金块坯料的挤压加工是在立式液压挤压机上进行的，是在加热挤压凹模模具内、在固定挤压凸模模具、挤压凸模模具与挤压伸缩压头的作用下完成的；
①制备挤压模具
挤压凹模模具用4Cr5MoSiV材料制备，模腔横截面呈矩形，其中矩形前后边的中间设置有对称的两个半圆形凹槽；各个角为光滑倒圆角，壁厚为35-60mm，模腔内表面粗糙度为Ra0.08-0.16 μ m ;
固定挤压凸模模具用4Cr5MoSiVl材料制备，数量为两个且左右对称分布，单个固定挤压凸模模具包括水平段和连接在水平段下方的竖直段；左固定挤压凸模模具的水平段固定于挤压凹模模具上方左侧，其竖直段向下伸入挤压凹模模具的模腔并与模腔左内壁之间形成左挤压通道；右固定挤压凸模模具的水平段固定于挤压凹模模具上方右侧，其竖直段向下伸入挤压凹模模具的模腔并与模腔右内壁之间形成右挤压通道；左、右固定挤压凸模模具的竖直段底部均与模腔底面有间隔，左右两个竖直段的横截面均呈矩形，左竖直段靠近模腔左侧边的一侧以及右竖直段靠近模腔右侧边的一侧均设有倾斜角度为30-60°、高度为2-6mm的剪切平台，剪切平台之上壁厚为35_56mm、之下为33_50mm，固定挤压凸模模具表面粗糙度为Ra0.08-0.16 μπι;左固定挤压凸模模具的右侧边与前后两个半圆形凹槽的左边缘连线平齐；右固定挤压凸模模具的左侧边与前后两个半圆形凹槽的右边缘连线平齐；上述两个相邻的侧边与半圆形凹槽之间形成中间挤压通道；中间挤压通道与左、右挤压通道相连接的通道为下部挤压通道；
挤压凸模模具用4Cr5MoSiVl材料制备，横截面呈与中间挤压通道相配合的结构，厚度为40-60mm，挤压凸模模具表面粗糙度为Ra0.08-0.16ym ；
②固定挤压模具
在固定挤压凸模模具表面、挤压凸模模具表面与挤压凹模模具模腔表面涂抹高温石墨以润滑，通过固定螺栓将固定挤压凸模模具与挤压凹模模具连接起来，将连接好的挤压模具安装于立式液压挤压机的模具固定架内，并置于加热套内，将挤压凸模模具伸入挤压凹模模具模腔内，安装牢固，连接关系正确，按序操作；
③开启加热套，加热挤压模具，加热温度预设为250°C-50(TC，达到预设温度时保温
0.5-4h ；
④置放镁合金块坯料
在预热后的镁合金块坯料表面涂抹高温石墨以润滑，退出挤压凸模模具，将镁合金块坯料置于挤压凹模模具内，与固定挤压凸模模具接触，将挤压凸模模具经中间挤压通道伸入挤压凹模模具模腔内，接触镁合金块坯料；
再次进行保温，保温时间为l_5h ;
⑤开启挤压伸缩压头，通过压块使挤压凸模模具下行，对预先置于模具模腔内的镁合金块体坯料进行挤压，镁合金块体坯料在固定挤压凸模模具的作用下产生分流，向两侧流动，并在固定挤压凸模模具的入口处产生第一次变截面转角挤压变形，镁合金块坯料产生的塑性变形与转角挤压剪切变形细化了晶粒组织，在剪切变形过程中在剪切力的作用下晶粒c轴发生倾转弱化了基面织构；在挤压凸模模具的作用下，镁合金块坯料继续向前流动，在固定挤压凸模模具出口处产生第二次变截面转角挤压变形，晶粒组织再次被细化，基面织构也再次被弱化；当镁合金块坯料流动到剪切平台时，产生差速剪切变形，晶粒组织进一步被细化，剪切变形导致晶粒c轴发生倾转从而进一步弱化基面织构；当挤压凸模模具上端完全进入挤压凹模模具时，停止推进，完成挤压，一次挤压便获得两块高性能镁合金板材；
⑥挤压完毕后，关闭加热套，退出挤压凸模模具，取出高性能镁合金板材，使之在空气中冷却；
(5)打磨、洁净处理
切除高性能镁合金板材的废料，并用砂纸对其表面进行打磨，然后用体积比为3:2的丙酮与无水乙醇的混合液通过超声波进行清洗，使其洁净，最后用吹风机吹干。
[0006]结论:通过新型挤压加工方法加工后，镁合金的平均晶粒尺寸由初始板材的34 μ m细化至4 μ m，(0001)基面织构强度由初始板材的27.02降低至9.85，组织细化、基面织构强度削弱有利于镁合金强度、塑性等力学性能的提高。
[0007]进一步的，所用材料、化学试剂镁合金块:AZ31，140mmX80mmX40mm ;砂纸:SiC，1200目，2张；2400目，4张；高温石墨:C, 500g ；
无水乙醇:CH3CH20H，1200ml ;丙酮:C3H60, 800ml。
[0008]本发明的有益效果在于:
本发明与【背景技术】相比具有明显的先进性，是针对强度、塑性、硬度等力学性能较差的情况，采用新型挤压加工方法使得镁合金材料在挤压过程中产生分流、两次变截面转角挤压变形与差速剪切变形，在此过程中晶粒组织不断被细化，晶粒c轴不断发生倾转致使基面织构不断被弱化，从而达到细化晶粒组织、弱化基面织构、提高力学性能的目的，一次挤压便获得两块高性能镁合金板材。本发明的高性能镁合金板材加工方法简单、成本低、效率高且易于实现，具有良好的规模化应用前景，是十分理想的高性能镁合金板材的制备方法。
【附图说明】
[0009]图1为本发明中高性能镁合金板材的挤压状态图。
[0010]图2为挤压模具的剖面示意图。
[0011]图3为图2中A-A向的剖面示意图。
[0012]图4为(a)初始镁合金板材与(b)挤压加工后镁合金板的EBSD图与(0001)极图。
[0013]图中所示，附图标记清单如下:
1.电控箱，2.连接导线，3.电源开关，4.加热套控制器，5.压力电机控制器，6.指示灯，7.显示屏，8.右立柱，9.模具固定架，10.挤压凹模模具，11.右固定挤压凸模模具，12.挤压凸模模具，13.固定螺栓，14.升降手柄，15.压力机顶座，16.压力电机，17.挤压伸缩压头，18.压块，19.左固定挤压凸模模具，20.镁合金板材，21.镁合金块坯料，22.加热套，