镁合金3d超塑化处理方法以及超塑性精密成型方法_3

文档序号:9519601阅读:来源:国知局
施例得到其它的实施例及其附图。
[0055] 图1为本发明给出的镁合金3D超塑化处理装置的一个实施例的结构示意图;
[0056] 图2㈧为本发明给出的超塑性等温精密模锻装置,(B)为图㈧中沿A-A线的截 面图;
[0057] 图3为本发明给出的镁合金过渡车钩成型方法的锻前预处理的一个实施例的流 程不意图;
[0058] 图4为本发明给出的镁合金过渡车钩成型方法的3D超塑化处理的一个实施例的 流程示意图;
[0059] 图5为本发明给出的未经3D超塑化处理的锻造后的一个实施例的车钩组织形貌 图;其中,(a)100x,(b)200x,(c)500x,(d) 1000x;
[0060] 图6为本发明给出的一个原始铸态显微镜组织,ΙΟΟχ;
[0061] 图7为本发明给出的经3D超塑化处理方法处理的一个实施例的锻坯件显微组织 形貌图;其中,(a)、(b)是在390~400°C第一循环第三道次后给出的,(c)、(d)是在350~ 360°C第二循环第三道次后给出的。
[0062] 其中,1-镁合金3D超塑化处理装置,11-压力柱,12-保温套,13、16-恒温加热装 置,14-上站板,15-下站板,17-隔热层,18-下压台;
[0063] 2-超塑性等温精密模锻装置,21-第二压力柱,22-保温盖,23-第二上砧板,24、 27-第二恒温加热装置,25-锻造模具,26-保温桶,28-下顶杆,29-第二隔热层,210-第二 下压台。
【具体实施方式】
[0064] 以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描 述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本 发明所保护的范围。
[0065] 术语解释:
[0066] 过渡车钩:当轨道列车车辆在编组、救援或临时调动时,需要使用过渡车钩连接牵 引车,实现牵引力和推力传递。
[0067] 3D超塑化处理:沿三维空间各个方向,在较高温度下对铸造状态的金属合金坯料 实现大变形量的交替累积塑性变形,使原始铸锭的树枝晶状组织发生足够大的塑性变形使 之发生再结晶,得到细晶组织,实现材质均匀化,为后续的超塑化成型提供组织基础。
[0068] 超塑性:材料在较高的温度和较低的应变速率下可得到超大的均匀塑性形变或/ 和形状改变而不发生内部和表面损伤破坏。金属的超塑性变形温度大约相当于金属熔点温 度的一半。本专利举证的镁合金超塑性变形温度范围在300~450°C之间;此外,铝合金的 超塑性变形温度也在上述范围之内。
[0069] 超塑性等温精密模锻:在模腔温度和坯料温度相同(或相近)并保持温度基本不 变,采用较低的变形速率使上述材料在模具中实现精密成型的方法。
[0070] 实施例1
[0071] 为了便于理解,本实施例先给出镁合金3D超塑化处理装置的一种实现方式。
[0072] 如图1所示,该镁合金3D超塑化处理装置1包括上砧板14、下砧板15 ;上砧板14 与实现上下移动的压力柱11固定连接;下站板15与下压台18固定连接;上站板14和下石占 板15均设置有恒温加热装置(13、16);上砧板14和下砧板15之间形成金属合金铸件的容 纳空间,且容纳空间的外侧设置有保温套12 ;与上砧板14连接的压力柱11伸出保温壳体。
[0073] 本实施例压力柱11选用的是液压柱,也可以选用气缸等其它动力部件;上述压力 柱11通过电缆与电机相连,由电机带动压力柱实现运动。
[0074] 本实施例恒温加热装置(13、16)选用的是插拔式加热棒,其目的是实现对上砧板 14和下砧板15的加热。本领域技术人员可以根据经验选择卷绕式电阻丝等其它的加热方 式。
[0075] 本实施例在下砧板14与下压台18之间设置有隔热层17。
[0076] 本实施例保温壳体12为保温石棉套,隔热层17的材料为石棉;上述保温壳体12 和隔热层17也可以是其它形式的保温材料。本领域技术人员可以根据经验选择其它的保 温方式。
[0077] 本实施例在上砧板14和下砧板15与金属合金铸件接触的一面涂抹适量石墨黄油 混合物,其中石墨与黄油的混合比例为体积比1 :1。本领域技术人员可以选择其它高温润 滑剂,只要起到润滑效果、耐高温且不易掉落即可。
[0078] 该镁合金3D超塑化处理装置1的使用方法为:使用时,先将上站板14和下站板15 通过插板式加热棒加热至设定温度,再将已经进行热透(使金属合金铸件的芯部和表面温 度一致)的金属合金铸件放置到砧板15上,按照设定的压力和循环次数,对铸件进行处理, 待得到的锻坯件达到设定要求后,取出锻坯件,再进行后续处理。
[0079] 实施例2
[0080] 为了便于理解,本实施例先给出超塑性等温精密模锻装置的一种实现方式。
[0081] 如图2 (A)所示,该超塑性等温精密模锻成型装置2,包括安装在第二下压台210上 的锻造模具25和罩在锻造模具25外围的保温桶26 ;保温桶26的内侧以及锻造模具25底 部与第二下压台210之间设置有第二恒温加热装置(24、27);保温桶26的上部设置有保温 盖22 ;用于提供压力的第二压力柱21穿过保温盖22进入保温桶26 ;第二压力柱21的下方 为第二上砧板23 ;锻造完成后用于将锻造模具顶出的下顶柱28穿过第二下压台210、第二 恒温加热装置27,与锻造模具25底部正对。
[0082] 本实施例第二压力柱21选用的是液压柱,也可以选用气缸等其它动力部件;上述 第二压力柱21通过电缆与第二电机相连,由第二电机带动第二压力柱21实现运动。
[0083] 本实施例下顶柱28通过电缆与第三电机相连,由第三电机带动下顶柱28实现上 下移动;下顶柱28也可以由千斤顶来实现。
[0084] 本实施例第二恒温加热装置(24、27)为插拔式电阻加热棒,也可以选择卷绕式电 阻丝或者电磁感应加热等加热控温方式,其目的是实现对锻造模具25的加热控温。本领域 技术人员可以根据经验选择其它的加热方式,上述加热方式不构成对本发明的任何限定。
[0085] 本实施例在锻造模具25下方第二恒温加热装置27与第二下压台210之间设置有 第二隔热层29。上述保温盖22和第二隔热层29均选择石棉作为保温材料,也可以是其它 形式的保温材料。本领域技术人员可以根据经验选择其它的保温方式。
[0086] 本实施例第二上砧板23具有与最终成型部件上部形状相一致的型面。第二上砧 板23与锻坯件接触的一面涂抹适量的石墨黄油混合物作为高温润滑剂,其中石墨与黄油 的混合比例为体积比1 :1。本领域技术人员可以选择其它高温润滑剂,只要起到润滑效果、 耐高温且不易掉落即可。
[0087] 本实施例给出的是制造过渡车钩的超塑性等温精密模锻成型装置2,锻造模具25 采用申请号为CN201410547245. 6公开的金属热塑性成型组合模具来实现。并在封闭模腔 内壁涂抹石墨。本领域技术人员可以选择其它高温润滑剂,例如M〇S2或者石墨黄油混合物 等,只要起到润滑效果且耐高温即可。图2(B)给出了一种锻造模具中的截面图,从图中可 以看出,这是一种过渡车钩模具的示意图。
[0088] 该超塑性等温精密模锻成型装置2的使用方法为:在模腔内壁涂抹石墨,先将锻 造模具25热透后在第二下压台210上组装完毕,再将保温桶26罩在组装后的锻造模具26 的外围,由第二恒温加热装置(24、27)加热保持模锻温度在设定温度,将3D超塑化处理的 锻坯件放入锻造模具25后,盖上保温盖2,开始按照设定的压力启动第二压力柱21,控制锻 坯件的应变速率在设定范围内,待锻坯件在锻造模具25内完成充型后,由下顶杆28将锻造 模具25顶出,取出成型件,再进行后处理。锻造模具25清理后,在模腔内壁涂抹石墨,再次 热组装,可进行下一轮超塑性等温锻造。
[0089] 示例数据例
[0090] 与普通锻造镁合金相比,若无充分3D超塑化处理而直接成型车钩,则无法实现车 钩内部材质均匀一致,达到高强度、高韧性的服役要求,例如使用按照实施例3、4给出的实 验条件而未经充分3D超塑化处理的铸件进行超塑性等温模锻成型该过渡车钩后,其强度 只有250MPa左右,延伸率约14%,且遗传了铸态组织的不均匀性,强度指标在不同部位波 动较大,无法达到过渡车钩的服役要求,如下表1所示。
[0091] 表1未经超塑化预处理超塑性等温模锻成型的车钩力学性能检测
[0092]
[0093] 图5为对比例给出的未经3D超塑化处理的锻造后的组织形貌图。从图中可以明 显看出,未经3D超塑化处理而进行超塑性等温模锻后组织依然粗大,未能形成细晶组织, 且有大量β_Mg17Al12片层相析出,最
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