专利名称：一种合金挤压型材的制备方法
技术领域：
本发明属于有色金属制备与加工领域，具体涉及到挤压制备合金型材的方法。
背景技术：
挤压成型是合金的一种重要成形方式，用挤压的方法可制备不同断面形状的高性能型材。通常的挤压工艺是先铸造合金坯锭，然后将坯锭加工成所需尺寸后再加热到适当的温度范围内，最终放入挤压筒挤压成型。在这个工艺中，需要将金属先熔化再冷却，之后再加热到较高温度，整个过程需要投入多套设备，而且能耗很大；在铸造和铸锭的机加工过程中又会造成较大的材料损耗，若要挤压管材，还需铸造空心铸锭或是对铸锭进行穿孔，对设备和工艺都有较高要求。此外，挤压型材的长度受挤压筒和坯料大小的限制，现有的连续挤压工艺只能制备小断面尺寸的型材，而且对设备要求很高，无法满足对较大断面连续型材需求。
目前，镁、铝合金的挤压型材在交通、电子、建筑等各行各业都得到了广泛应用，而且市场前景在不断扩大。近年来，铝、镁合金的半固半液的制浆技术也取得显著进展，由于半固半液的浆料中存在一定体积分数的固相，而且固相晶粒为球状，所以浆料具有较好的流动性，浆料完全凝固释放的潜热也远低于液相凝固。对半固半液的浆料进行变形和成形，突破了传统的塑性变形理念，是一种全新的成形方法。当今节约能源和材料消耗是当今社会发展的主题。如何将半固半液的加工技术应用于合金型材制备，就成为本技术领域急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种节约能源和材料消耗，缩短工艺流程的合金挤压型材的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种合金挤压型材的制备方法，其步骤如下(1)将挤压装置的挤压筒、挤压垫以及挤压筒浇料口预热至500～650℃范围内；(2)预热挤压模具至300～500℃，向挤压筒前端冷却套内通入冷却液，冷却液温度控制在20～200℃；(3)将合金在半固半液温度区间以浆料形式定量注入挤压筒浇料口中；(4)挤压杆向前推进，半固半液的浆料向前运动并逐渐充满挤压筒，然后在挤压筒前端凝固，经塑性变形后从模具中挤出并经二次冷却，得到所需型材。
一种优选技术方案，其特征在于在所述步骤(4)中，在挤压筒内半固半液的浆料完全凝固之前，挤压杆和挤压垫退回到挤压筒浇料口左侧，再次向挤压筒内定量注入半固半液的浆料，然后挤压杆前进，推动新注入的半固半液的浆料和原剩余的半固半液的浆料的完全混合；挤压杆继续前进，型材从模具中挤出；如此往复，挤出连续不断的型材。
在上述优选技术方案中，由于新注入浆料和挤压筒内剩余浆料之间不会出现任何界面，所以可以连续挤压出所需长度的型材。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(3)中的半固半液的浆料是通过将合金熔体用机械搅拌、电磁搅拌或冷却斜槽方法制成。
一种优选技术方案，其特征在于所述合金熔体为镁合金或铝合金，其中所述镁合金中镁含量为90～99重量％，或所述铝合金中铝含量为80～99重量％。
一种优选技术方案，其特征在于所述挤压筒温度分区段控制，靠近挤压筒浇料口处依靠环形加热元件加热，将温度控制在与半固半液的浆料温度接近，挤压筒前端通过冷却套控制在20～200℃。
一种优选技术方案，其特征在于通过在所述挤压杆上安装穿孔针，对挤压筒内半固半液的浆料穿孔，最终挤压成空心管材或其他异型材。
该发明具有如下几个优点1.对普通挤压机稍加改造就可实现，工艺对设备要求较低；2.挤压前无需铸造坯锭和对坯锭进行车削、穿孔、预热等，大大节省了加工工序和原材料消耗；3.挤压过程中浆料与挤压筒壁之间的摩擦很小，因此挤压中所需挤压力远小于对固态坯料的挤压，大幅度节省了挤压能耗，减小了所需挤压机吨位；4.穿孔针对半固半液的浆料穿孔阻力远远小于普通挤压的穿孔过程，穿孔针不会变形折断，而且可穿大直径内孔；5.通过间断性的向挤压筒内补充半固半液的浆料，可以实现连续挤压管材、棒材等；6.与传统连续挤压技术比较，本发明可以挤压较大断面尺寸的型材；7.挤压型材内部组织细小，力学性能高于常规挤压。
下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
图1为本发明制备合金挤压型材的方法所用挤压筒的结构示意图。
图2为本发明制备合金挤压型材的方法制备的挤压棒材的纵向微观组织。
具体实施例方式
如图1所示，为本发明制备合金挤压型材的方法所用挤压筒的结构示意图。其中1为挤压筒浇料口，2为挤压筒环形加热元件，3为挤压筒前端冷却套，4为挤压模具，5为挤压筒，6为挤压杆，7为挤压垫，8为半固半液的浆料，9为二次冷却系统。
挤压筒浇料口1安装在挤压筒5左侧，挤压筒环形加热元件2固定在挤压筒5上用于加热挤压筒；挤压筒5的前端设有挤压筒前端冷却套3；挤压模具4出口处安装二次冷却系统9，对挤出型材进行二次冷却。
实施例1制备镁合金AZ31B棒材，棒材直径为φ20mm。先将挤压筒浇料口1、挤压筒5、挤压垫7预热到650℃，挤压模具4预热到400℃，挤压筒前端冷却套3通过循环冷却水控制在60℃。AZ31B合金熔化后用机械搅拌法制成半固半液的浆料，然后在628℃注入φ95mm的挤压筒内，注入量约3kg。挤压杆向前挤压，浆料逐渐充满挤压筒并在挤压筒前端凝固，由挤压模具4中挤出后，在挤压模具4出口处经过二次冷却系统9冷却，得到所需规格的棒材。棒材屈服强度280MPa，抗拉强度320MPa，伸长率13.5％。棒材微观组织如图2所示。
实施例2制备镁合金AZ31B管材，管材外径为φ30mm，内径为φ22mm。先将浇料口、挤压筒、挤压垫、穿孔针预热到600℃，挤压模具预热到300℃，挤压筒前端冷却套3通过循环冷却水控制在20℃。AZ31B合金熔化后用机械搅拌法制成半固半液的浆料，然后在628℃注入φ95mm的挤压筒内，注入量约2.5kg。挤压杆和穿孔针向前挤压，浆料逐渐充满挤压筒并在挤压筒前端凝固，由挤压模具中挤出后，在挤压模具出口处经过二次冷却得到所需规格的管材。管材屈服强度220MPa，抗拉强度300MPa，伸长率12％。
实施例3制备镁合金AZ3 1B连续板材。板材厚度5mm，宽100mm。先将浇料口、挤压筒、挤压垫预热到600℃，挤压模具预热到350℃，挤压筒前端冷却套3通过循环冷却水控制在70℃。AZ31B合金熔化后用机械搅拌法制成半固半液的浆料，然后在628℃注入φ95mm的挤压筒内，第一次注入量约3kg。挤压杆向前挤压，浆料逐渐充满挤压筒并在挤压筒前端凝固，经挤压模具中挤出，挤出部分在挤压模具出口处经过二次冷却得到所需规格的板材，挤出约1kg后，挤压杆带动挤压垫退回浇料口左侧，迅速向挤压筒内再次浇入制备好的半固半液的浆料约1kg，之后挤压杆向前运动继续挤压，最终得到连续的板材。板材沿挤压方向力学性能为屈服强度230MPa，抗拉强度310Mpa，伸长率15％。
实施例4制备镁合金AZ91D棒材，棒材直径为φ20mm。先将浇料口、挤压筒、挤压垫预热到500℃，挤压模具预热到320℃，挤压筒前端冷却套3通过循环冷却水控制在60℃。AZ91D合金熔化后用机械搅拌法制成半固半液的浆料，然后在575℃注入φ95mm的挤压筒内，注入量约3kg。挤压杆向前挤压，浆料逐渐充满挤压筒并在挤压筒前端凝固，由挤压模具中挤出后，在挤压模具出口处经过二次冷却得到所需规格的棒材。棒材屈服强度210MPa，抗拉强度290MPa，伸长率10％。
实施例5制备铝合金A357棒材，棒材直径为φ30mm。先将浇料口、挤压筒、挤压垫预热到590℃，模具预热到420℃，挤压筒前端冷却套3通过循环导热油控制在200℃。A357合金熔化后用电磁搅拌法制成半固半液的浆料，然后在600℃注入φ84mm的挤压筒内，注入量约2.5kg。挤压杆向前挤压，浆料逐渐充满挤压筒并在挤压筒前端凝固，由挤压模具挤出后在挤压模具出口处经过二次冷却得到所需规格的棒材。棒材屈服强度120MPa，抗拉强度230MPa，伸长率9.5％。
实施例6制备铝合金6061异型材(U型)，先将浇料口、挤压筒、挤压垫预热到620℃，模具预热到500℃，挤压筒前端冷却套通过循环导热油控制在150℃。6061合金熔化后用电磁搅拌法制成半固半液的浆料，然后在635℃之间注入φ84mm的挤压筒内。挤压杆向前挤压，浆料逐渐充满挤压筒并在挤压筒前端凝固，由挤压模具挤出后在挤压模具出口处经过二次冷却得到所需规格的U型材。
权利要求
1.一种合金挤压型材的制备方法，其步骤如下(1)将挤压装置的挤压筒、挤压垫以及挤压筒浇料口预热至500～650℃范围内；(2)预热挤压模具至300～500℃，向挤压筒前端冷却套内通入冷却液，冷却液温度控制在20～200℃；(3)将合金在半固半液温度区间以浆料形式定量注入挤压筒浇料口中；(4)挤压杆向前推进，半固半液的浆料向前运动并逐渐充满挤压筒，然后在挤压筒前端凝固，经塑性变形后从模具中挤出并经二次冷却，得到所需型材。
2.根据权利要求1所述的合金挤压型材的制备方法，其特征在于在所述步骤(4)中，在挤压筒内半固半液的浆料完全凝固之前，挤压杆和挤压垫退回到挤压筒浇料口左侧，再次向挤压筒内定量注入半固半液的浆料，然后挤压杆前进，推动新注入的半固半液的浆料和原剩余的半固半液的浆料的完全混合；挤压杆继续前进，型材从模具中挤出；如此往复，挤出连续不断的型材。
3.根据权利要求1或2所述的合金挤压型材的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的半固半液的浆料是通过将合金熔体用机械搅拌、电磁搅拌或冷却斜槽方法制成。
4.根据权利要求3所述的合金挤压型材的制备方法，其特征在于所述合金熔体为镁合金或铝合金，其中所述镁合金中镁含量为90～99重量％，或所述铝合金中铝含量为80～99重量％。
5.根据权利要求1或2所述的合金挤压型材的制备方法，其特征在于所述挤压筒温度分区段控制，靠近挤压筒浇料口处依靠环形加热元件加热，将温度控制在与半固半液的浆料温度接近，挤压筒前端通过冷却套控制在20～200℃。
6.根据权利要求1或2所述的合金挤压型材的制备方法，其特征在于通过在所述挤压杆上安装穿孔针，对挤压筒内半固半液的浆料穿孔，最终挤压成空心管材或其他异型材。
全文摘要
本发明公开了一种合金挤压型材的制备方法，其步骤如下(1)将挤压装置的挤压筒、挤压垫以及挤压筒上的浇料口预热至300～650℃范围内；(2)预热挤压模具(300～500℃)，向挤压筒前端冷却套内通入冷却液，其温度控制在(20～200℃)；(3)将熔融的液态金属制成半固半液的浆料后，定量注入挤压筒浇料口中；(4)挤压杆向前推进，浆料向前运动并逐渐充满挤压筒，然后在挤压筒前端凝固，经塑性变形后从模具中挤出并经二次冷却，得到所需型材。本发明对普通挤压机稍加改造就可实现，工艺对设备要求较低；挤压前无需铸造坯锭和对坯锭进行车削、穿孔、预热等，大大节省了加工工序和原材料消耗。
文档编号B21C23/14GK101081408SQ20061007848
公开日2007年12月5日 申请日期2006年5月30日 优先权日2006年5月30日
发明者徐骏, 樊中云, 张少明, 石力开, 杨必成, 许建国, 杜文龙 申请人:北京有色金属研究总院, 瑞玛泰(北京)科技有限公司