专利名称：一种双级反挤压装置及用于Mg-Gd-Er-Zr合金的挤压方法
技术领域：
本发明涉及一种双级反挤压装置及其方法，尤其适用于Mg-Gd-Er-a·合金，属于金属材料领域。
背景技术：
镁合金性能优良，且具有许多优于其他常用金属材料的性能，如高比强度、高比刚度、良好的减振能力、优良的导热性和导电性、良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性和易于回收等特性。近年来，随着节能和环保意识的增强，镁合金的应用范围正在不断扩大，除在航空及汽车制造工业领域外，在电子产品、电动工具、家用电器、医疗、运动器械和休闲用品中都得到广泛的应用，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。稀土元素由于具有独特的核外电子排布，在冶金、材料领域中有其独特的作用。它可以改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性等。在镁合金领域，稀土元素的净化、强化性能不断被人们认识和掌握，开发出一系列含稀土的镁合金，它们具有特有的高强、耐热、耐蚀等性能，可以拓展镁合金的应用领域。通过挤压加工可以得到相比铸造态更为优异镁合金材料，但是由于稀土镁合金材料，特别是含Gd的镁合金材料，变形能力较差，需要较高的温度，且难以实现较大的挤压比的变形。因此变形中材料材料由于容易发生动态再结晶的回复，得到的晶粒尺寸往往在 20um左右，限制了此类合金性能进一步提升。
发明内容
本发明针对现有稀土镁合金挤压工艺的不足，提出了一种双级反挤压装置及其方法，尤其适合用于Mg-Gd-Erlr合金，它针对Mg-Gd-Erlr合金的特点，通过特殊设计的挤压模具，采用反向挤压的方法，并按照特定的挤压工艺条件，制备出具有微米级晶粒尺寸的高性能镁合金棒材。本发明的双级反挤压装置，具体包括基座(1)，挤压变形型腔O)，挤压顶筒(3)， 挤压垫片(4)和双级挤压变形机构，其中双级挤压变形机构为本模具的核心部件，它包括3 部分装置，第一部分为挤压比1 5—级变形装置(6-1)，第二部分为二级挤压材料容留仓 (6-2)，第三部分为挤压比1 10 二级变形装置(6-3)；基座中心为一圆形凹槽，挤压变形型腔为一圆桶，挤压变形型腔放在凹槽内；垫片(4)为圆形挤压垫片，放在挤压变形型腔内的基座( 上；一级变形装置(6-1)为一圆环，其外径圆面积与内孔圆面积比为5 1，放在挤压变形型腔( 内变形材料上，二级挤压材料容留仓(6- 为一圆桶，放在一级变形装置(6-1)的圆环面上，二级变形装置(6- 放在二级挤压材料容留仓(6- 的圆桶上，二级变形装置为一圆环，其外径圆面积与内孔圆面积比为10 1 ；二级变形装置的圆环面上为挤压顶筒(3)，挤压顶筒为一圆桶，其与挤压变形型腔无配合关系。在反挤压加工过程中， 将组装好的双级反挤压装置放入立式挤压机底座对应的凹槽中，然后用挤压机的顶出装置作用于圆筒形的挤压顶筒(3)的顶部，在挤压机的顶出装置向下运动过程中，带动挤压顶筒(3)、二级变形装置(6-3)、二级挤压材料容留仓(6- 和一级变形装置(6-1)装置向下运动，同时编号2装置中的变形材料依次经由一级变形装置(6-1)、二级挤压材料容留仓 (6-2)和二级变形装置(6-3)向上运动，最后得到镁合金棒材。挤压变形型腔放在基座凹槽内，其配合间隙为1 ；垫片与挤压变形型腔的配合间隙小于Imm ；双级挤压变形机构的装置与挤压变形型腔的配合间隙均小于1mm。二级挤压材料容留仓的高度为挤压变形型腔内径的3-5倍，优选4倍。本发明的一种双级反挤压装置用于Mg-Gd-Er-^ 合金的挤压方法，其特征在于， 包括以下步骤将挤压变形型腔装入基座，然后将圆形挤压垫片放入挤压变形型腔内，将变形的圆柱形材料锭放入挤压变形型腔，然后将一级变形装置、二级挤压材料容留仓和二级变形装置先后放入挤压变形型腔，最后将圆筒形的挤压顶筒放入挤压变形型腔的二级变形装置上；将上述装有材料的双级反挤压装置和材料一起加热到380°C，采用反挤压方法，在加工过程中，材料的运动方向与挤压方向相反，在反挤压装置的作用下，经过两次加压比分别为1 5和1 10的加工变形，最终得到挤压比达到1 50的镁合金棒材。本发明中，利用两个小大挤压比乘积的方法实现了不提高挤压温度的前提下，稀土镁合金的大挤压比变形，克服了稀土镁合金由于挤压比过高难以成型的缺点。同时利用针对Mg-Gd-Er-&合金研究所确定的挤压工艺条件，使合金的动态再结晶得到充分控制， 得到了具有微米级的超小晶粒的高性能镁合金棒材。
图1是本发明中涉及的双级反挤压模具示意图其中1为基座，2为圆筒形的挤压变形型腔，3为圆筒形的挤压顶筒，4为圆形挤压垫片，5为变形材料，6-1为一级变形装置，6-2为圆筒形二级挤压材料容留仓，6-3为二级变形装置；图2是实施例1中Mg-8Gd-2Er-0. 4Zr合金采用本发明得到棒材的金相照片；图3是实施例2中Mg-llGd-2Er-0. 4Zr合金采用本发明得到棒材的金相照片。
具体实施例本发明通过以下具体的实施例对本发明的技术方案做出进一步的描述。实施例1双级反挤压模具示意图见图1，其中编号1为基座，其中心为一圆形凹槽，编号2为圆筒形的挤压变形型腔，编号3为圆筒形的挤压顶筒，编号4为圆形挤压垫片，编号5为变形材料，编号6-1为挤压比1 5—级变形装置，其外径圆面积与内孔圆面积比为5 1，编号6-2为圆筒形二级挤压材料容留仓，编号6-3为挤压比1 10 二级变形装置，其外径圆面积与内孔圆面积比为10 1，其装配使用的顺序是，首先，将编号2的挤压变形型腔装入编号1的基座，其配合间隙为1mm，然后将编号4的圆形挤压垫片放入编号2的挤压变形型腔，其与挤压变形型腔的配合间隙小于1mm，然后将变形的圆柱形材料锭放入编号2的挤压变形型腔，然后将编号6-1的一级变形装置、编号6-2的二级挤压材料容留仓(高度为挤压变形型腔内径的4倍)和编号6-3的二级变形装置先后放入挤压变形型腔，所有变形装置与挤压变形型腔的配合间隙小于1mm，最后将编号3的圆筒形的挤压顶筒放入挤压变形型腔，其与挤压变形型腔无配合关系。在反挤压加工过程中，将组装好的模具放入立式挤压机底座对应的凹槽中，然后用挤压机的顶出装置作用于编号3的圆筒形的挤压顶筒的顶部， 在挤压机的顶出装置向下运动过程中，带动3号、6-3号、6-2号和6-1号得装置向下运动， 同时编号2装置中的变形材料依次经由6-1号、6-2号和6-3号装置向上运动，最后得到镁合金棒材；①试验合金为Mg-8Gd-2Er-0. 4Zr，其合金成分(以重量百分比计算)为Gd = 8. 1%, Er = 1. 9%, Zr = 0. 4%, Mg 为余量；②将一起加热到380°C ；③将材料与模具置于反挤压设备上挤压；④将得到的合金棒材于80°C温水中淬火。得到的合金组织如附2所示，可见晶粒尺寸在2um左右，挤压后合金性能，抗拉强度340MPa，屈服强度ο Q 2为222MPa，断后伸长率δ为12.5%。实施例2本实施例所使用的装置同实施例1。①试验合金为Mg-llGd-2Er-0. 4Zr，其合金成分(以重量百分比计算)为Gd = 10. 6%, Er = 2. 1%, Zr = 0. 4%, Mg 为余量；②将装有合金材料的双级反挤压模具一起加热到380°C ；③将材料与模具置于反挤压设备上挤压；④将得到的合金棒材于80°C温水中淬火。⑤得到的合金组织如附3所示，可见晶粒尺寸在2um左右。挤压后合金性能， 抗拉强度380MPa，屈服强度σ α2为278MPa，断后伸长率δ为7.2%。
权利要求
1.一种双级反挤压装置，其特征在于，包括基座(1)，挤压变形型腔O)，挤压顶筒 (3)，挤压垫片(4)和双级挤压变形机构，其中双级挤压变形机构为包括3部分装置，第一部分为挤压比1 5—级变形装置(6-1)，第二部分为二级挤压材料容留仓(6-2)，第三部分为挤压比1 10 二级变形装置(6-3)；基座中心为一圆形凹槽，挤压变形型腔为一圆桶， 挤压变形型腔放在凹槽内；垫片(4)为圆形挤压垫片，放在挤压变形型腔内的基座( 上； 一级变形装置(6-1)为一圆环，其外径圆面积与内孔圆面积比为5 1，放在挤压变形型腔 (2)内变形材料上，二级挤压材料容留仓(6- 为一圆桶，放在一级变形装置(6-1)的圆环面上，二级变形装置(6- 放在二级挤压材料容留仓(6- 的圆桶上，二级变形装置为一圆环，其外径圆面积与内孔圆面积比为10 1 ；二级变形装置的圆环面上为挤压顶筒(3)，挤压顶筒为一圆桶。
2.按照权利要求1的一种双级反挤压装置，其特征在于，挤压变形型腔放在基座凹槽内，其配合间隙为1 ；垫片与挤压变形型腔的配合间隙小于Imm ；双级挤压变形机构的装置与挤压变形型腔的配合间隙均小于1mm。
3.按照权利要求1的一种双级反挤压装置，其特征在于，二级挤压材料容留仓的高度为挤压变形型腔内径的3-5倍。
4.按照权利要求2的一种双级反挤压装置，其特征在于，二级挤压材料容留仓的高度为挤压变形型腔内径的4倍。
5.权利要求1-4的任意一种双级反挤压装置用于Mg-Gd-Er-^ 合金的挤压方法，其特征在于，包括以下步骤将挤压变形型腔装入基座，然后将圆形挤压垫片放入挤压变形型腔内，将变形的圆柱形材料锭放入挤压变形型腔，然后将一级变形装置、二级挤压材料容留仓和二级变形装置先后放入挤压变形型腔，最后将圆筒形的挤压顶筒放入挤压变形型腔的二级变形装置上；将上述装有材料的双级反挤压装置和材料一起加热到380°C，采用反挤压方法，在加工过程中，材料的运动方向与挤压方向相反，在反挤压装置的作用下，经过两次加压比分别为1 5和1 10的加工变形，最终得到挤压比达到1 50的镁合金棒材。
全文摘要
一种双级反挤压装置及用于Mg-Gd-Er-Zr合金的挤压方法，属于金属材料领域。装置包括基座、挤压变形型腔、挤压顶筒，挤压垫片和双级挤压变形机构，挤压变形型腔放在基座中心的凹槽内；圆形挤压垫片放在挤压变形型腔内的基座上；一级变形装置为一圆环，放在挤压变形型腔内变形材料上，二级挤压材料容留仓为一圆桶，放在一级变形装置的圆环面上，二级变形装置为一圆环，放在二级挤压材料容留仓的圆桶上；挤压顶筒为一圆桶，放在二级变形装置上。用于Mg-Gd-Er-Zr合金的挤压方法是将上述装有材料的双级反挤压装置和材料一起加热到380℃，采用反挤压方法。利用本发明可得到具有微米级的超小晶粒的高性能镁合金棒材。
文档编号B21C23/20GK102266873SQ20111019542
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者刘轲, 李淑波, 杜文博, 王旭东, 王朝辉 申请人:北京工业大学