金属复合板材的挤压方法
【专利摘要】本发明公开了金属复合板材的挤压方法，首先取同种或异种金属块叠放在一起并固定，然后将原材料加入挤压筒进行挤压，挤压过程中同种或异种金属块同时从挤压模口挤出，得到复合挤压板材；挤压过程中各金属块接触界面两侧的金属块之间无宏观滑动且同一金属块靠近接触界面处与远离接触界面处存在挤压流速差。本发明金属复合板材的挤压方法在同一金属块内引入较大的剪切应力，可以显著细化晶粒、弱化织构；本发明金属复合板材的挤压方法只需改变挤压复合方式，无需重新设计挤压筒，具有较强的生产和研究价值。
【专利说明】金属复合板材的挤压方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属及合金领域，涉及金属成型方法，特别涉及同步挤压加工生产金 属复合板材的方法。
【背景技术】
[0002] 镁合金具有比强度、比刚度高，导热性和阻尼减振性能好，电磁屏蔽性能和机加工 性能优异等优点，在航天航空、汽车、电器、通讯等各领域具有广泛的应用价值。由于镁合金 的晶体结构为密排六方，缺少独立的滑移系，因此加工比较困难。到目前为止，大多数镁合 金产品主要通过铸造生产，但铸造产品存在组织粗大、缺陷较多等缺点，从而导致其力学性 能不够理想，极大制约了镁合金的广泛应用，而变形加工镁合金比铸造镁合金有着更高的 力学性能。目前应用较多的镁合金变形加工方式主要为轧制成形和挤压成形，但轧制工艺 比较复杂、生产周期长、生产效率低，产品收得率低，最终成本很高，严重影响镁合金板材的 大面积使用。与轧制相比，挤压加工时材料在三向应力状态下发生变形，可一次挤压成型， 生产效率高；同时，挤压加工的灵活性大，可生产出横截面形状复杂的产品。因此，研究镁合 金挤压板材的力学性能有重要的意义。
[0003] 目前，镁合金板材挤压变形主要采用单一铸锭直接放入模具进行对称正向挤压， 虽然挤压工艺简单，操作方便，但得到的板材力学性能有限，且存在较为严重的基面织构， 不能满足市场需求。
[0004] 镁铝复合材料（特别是复合板材、棒材）的用途十分广泛，但是普通方法难以生产 符合要求的镁铝复合材料。为此，重庆大学黄光胜和信运昌等人分别公开了一种用空心铝 锭包裹镁锭同步挤压生产镁铝复合材料的方法（详情参考申请号200610054269. 3《一种 镁铝双金属复合管/棒材》、申请号201410152407. 6《一种镁铝多层复合板材及其加工方 法》）。这两种方法虽然都将镁和铝同步加入挤压机进行挤压，但是其目的主要是在镁合金 外表形成铝合金保护层，从而提高其抗腐蚀能力，而且这两种方法中镁合金完全被铝合金 包覆，挤压过程中镁合金挤压板材的横向流动受到包覆铝材的限制，极易产生横向分布不 均，最终致使整个复合材料横向组织和性能不均匀，各向异性严重，不能很好的满足使用要 求；另外，这种方法挤压过程中镁合金整体不与挤压筒接触，其沿着厚度方向处于对称应力 状态（镁合金的变形过程与普通镁合金对称挤压类似，不能改善镁合金的基面织构）。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供金属复合板材的挤压方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 金属复合板材的挤压方法，将同种或异种金属块叠放在一起同时进行挤压，挤压 过程中各金属块接触界面两侧的金属块无宏观滑动。
[0008] 优选的，挤压过程中同一金属块靠近接触界面处与远离接触界面处存在挤压流速 差。
[0009] 优选的，首先取同种或异种金属块叠放在一起并固定，然后将原材料加入挤压筒 进行挤压，挤压过程中同种或异种金属块同时从挤压模口挤出，得到复合挤压板材。
[0010] 优选的，叠放同种或异种金属块前还包括对各金属块接触面进行清洗平整的步 骤。
[0011] 优选的，叠放同种或异种金属块后还包括对金属块进行加热的步骤。
[0012] 优选的，叠放在一起的金属块的层数为2-4层，各层的厚度相同或不同。
[0013] 优选的，所述同种或异种金属块为镁合金或者铝合金。
[0014] 优选的，所述同种或异种金属块为AZ31镁合金、AZ61镁合金或者错合金。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] 本发明金属复合板材的挤压方法，将同一种或者不同种材料叠放在一起进行复合 挤压，由于金属板材之间存在界面，不同金属块/板在挤压过程中不会发生沿板材厚度方 向的材料宏观混合，在挤压力作用下只发生横向流动和厚向减薄；
[0017] 本发明金属复合板材的挤压方法，相邻金属块的界面附近的金属流动速度基本相 同（挤出过程中相邻金属块之间的摩擦力极强）；如果相邻两金属块为异种合金，由于不 同金属块之间的成形性能存在明显差异，其整体流动速度不同，若易流动金属整体速度为V 1，难流动金属整体速度为V2，界面速度为V，则V1 > V > V2,即此时同一金属块内部存在流 动速度差；这有利于细化镁合金晶粒，弱化其织构。
[0018] 若相邻金属块是同一合金，界面处的合金只沿挤压方向的流动，加之挤压筒对界 面另一侧的摩擦力，使界面处合金沿挤压方向的流动速度与靠近筒壁处的速度存在明显差 异；也可以在同一金属块内部形成梯度剪切应力，该应力处于非对称状态，同样可以有效细 化晶粒、弱化织构。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0020] 图1为实施例1金属铸锭叠放示意图；
[0021] 图2为实施例2金属铸锭叠放示意图；
[0022] 图3为实施例3金属铸锭叠放示意图；
[0023] 图4为实施例4金属铸锭叠放示意图；
[0024] 图5为实施例1挤压所得金属板材的金相图；
[0025] 图6为实施例2挤压所得金属板材的金相图；
[0026] 图7为实施例3挤压所得金属板材的金相图；
[0027] 图8为对比实施例1挤压所得金属板材的金相图。
【具体实施方式】
[0028] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0029] 实施例1 :
[0030] 本实施例金属复合板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0031] 1)取两块尺寸相同的圆柱形镁合金铸锭和铝合金铸锭并沿中轴线剖开；
[0032] 2)清洗步骤1)所得半圆柱形镁合金及铝合金铸锭的剖开面并打磨至光滑平整；
[0033] 3)将步骤2)打磨后的半圆柱形镁合金和铝合金铸锭叠放在一起（剖切面相对，如 图1所示）并用铝丝固定（避免挤压过程中产生宏观相对滑动）；
[0034] 4)将步骤3)的复合体加热至380°C保温Ih后置于挤压装置进行挤压；
[0035] 5) 400°C回火处理步骤4)所挤出的板材得到产品。
[0036] 实施例2 :
[0037] 本实施例金属复合板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0038] 1)分别取两块半圆柱形AZ31镁合金铸锭和AZ61镁合金铸锭（两铸锭长度、直径、 横截面弦长相同，体积不同）；
[0039] 2)清洗步骤1)所得半圆柱形AZ31镁合金铸锭和AZ61镁合金铸锭的剖开面并打 磨至光滑平整；
[0040] 3)将步骤2)打磨后的半圆柱形AZ31镁合金铸锭和AZ61镁合金铸锭叠放在一起 (剖切面相对，如图2所示）并用铝丝固定（避免挤压过程中产生宏观相对滑动）；
[0041] 4)400°C挤压步骤3)的复合体得到产品。
[0042] 实施例3 :
[0043] 本实施例金属复合板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0044] 1)将同一个圆柱形AZ31镁合金铸锭沿轴线等分成两部分；
[0045] 2)清洗步骤1)的两个半圆柱形AZ31镁合金铸锭的剖开面并打磨至光滑平整；
[0046] 3)将步骤2)打磨后的两个半圆柱形AZ31镁合金铸锭叠放在一起（剖切面相对， 如图3所示）并用铝丝固定（避免挤压过程中产生宏观相对滑动）；
[0047] 4)400°C挤压步骤3)的复合体得到产品。
[0048] 实施例4 :
[0049] 本实施例金属复合板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0050] 1)分别取AZ31镁合金铸锭块和两个AZ61镁合金铸锭块；
[0051] 2)打磨清洗步骤1)的AZ31镁合金铸锭和AZ61镁合金铸锭；
[0052] 3)将步骤2)的AZ31镁合金铸锭和AZ61镁合金铸锭叠放在一起（剖切面相对，如 图4所示）并用铝丝固定；
[0053] 4)将步骤3)的复合体加热至400°C保温Ih后挤压得产品。
[0054] 对比实施例1 :
[0055] 取圆柱形AZ31镁合金铸锭打磨后于400°C进行普通对称挤压。
[0056] 性能测试：
[0057] 取实施例1-3及对比实施例1所得板材进行金相组织分析和力学性能测试，结果 如图5-8及下表所示：
[0058] 图5为实施例1所得板材的金相图片，图中颜色较深的为铝合金；可以看出，镁合 金一侧的晶粒较为细小，镁合金和铝的复合板材中存在明显的复合界面，但界面处结合紧 密，界面两侧晶粒细小。
[0059] 图6为实施例2所得板材的金相图片，图中左侧部分为AZ61，右侧为AZ31镁合金， 图中AZ31和AZ61的复合界面不明显，可以看到微观结合，并且结合处的晶粒更为细小，这 有利于力学性能的提升。
[0060] 图7为实施例3所得板材的金相图片，从中可以看出，AZ31和AZ31的复合板材中 没有发现明显的复合界面，但是晶粒整体细小。
[0061] 图8为对比实施例1所得镁合金板材的金相图片。
[0062] 对比图5-8可以看出，实施例1-3所得板材的晶粒均匀细小，且其界面结合紧密， 不易发生剥离。
【权利要求】
1. 金属复合板材的挤压方法，其特征在于：将同种或异种金属块叠放在一起同时进行 挤压，挤压过程中各金属块接触界面两侧的金属块之间无宏观整体滑动。
2. 根据权利要求1所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：挤压过程中同一金属 块内靠近接触界面处与远离接触界面处存在挤压流速差。
3. 根据权利要求1所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：首先取同种或异种金 属块叠放在一起并固定，然后将原材料加入挤压筒进行挤压，挤压过程中同种或异种金属 块同时从挤压模口挤出，得到复合挤压板材。
4. 根据权利要求3所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：叠放同种或异种金属 块前还包括对各金属块接触面进行清洗平整的步骤。
5. 根据权利要求3所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：叠放同种或异种金属 块后还包括对金属块进行加热的步骤。
6. 根据权利要求3所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：叠放在一起的金属块 的层数为2-4层，各层的厚度相同或不同。
7. 根据权利要求1-6任意一项所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：所述同种 或异种金属块为镁合金或者铝合金。
8. 根据权利要求1-6任意一项所述金属复合板材的挤压方法，其特征在于：所述同种 或异种金属块为AZ31镁合金、AZ61镁合金或者错合金。
【文档编号】B32B15/01GK104309265SQ201410608275
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】蒋斌, 潘复生, 石东博, 何俊杰, 杨青山 申请人:重庆大学