一种高性能轻合金板材的挤压方法
【专利摘要】本发明公开了一种高性能轻合金板材的挤压方法，包括以下步骤：1)取镁合金和铝合金至少各一块并叠合固定；2)将步骤1)的镁铝复合块加入挤压模具进行挤压，所述镁铝复合块同时从挤压模口挤出，得到复合挤压板材。本发明高性能轻合金板材的挤压方法在同一金属块之间引入较大的剪切应力，且各个金属板材之间无金属的混合，可以显著细化晶粒、弱化织构；本发明高性能轻合金板材的挤压方法只需改变挤压复合方式，无需重新设计挤压模具，具有较强的生产和研究价值。
【专利说明】一种高性能轻合金板材的挤压方法
【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镁 铝复合板材的方法。
【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一种高性能轻合金板材的挤压方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种高性能轻合金板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0008] 1)、至少各取一块镁合金和铝合金并叠合固定；
[0009] 2)、将步骤1)固定的合金块加入挤压模具进行同步挤压，所述镁铝合金块同时从 挤压模口挤出，得到复合挤压板材。
[0010] 优选的，步骤1)所选镁合金为AZ31或AZ61。
[0011] 优选的，步骤1)所选铝合金为5000系或3000系铝合金。
[0012] 优选的，步骤1)所取镁合金和铝合金各一块，所述铝合金的厚度为镁合金厚度的 1/10?1/2或者所述镁合金厚度为铝合金厚度的1/10?1/2。
[0013] 优选的，步骤1)所取镁合金为1块、铝合金为2块，且按铝合金/镁合金/铝合金 的方式叠合固定，其中铝合金厚度为镁合金的1/15?1/3。
[0014] 优选的，步骤1)叠合固定前还包括对镁合金和铝合金接触面进行清洗平整的步 骤，叠合固定后还包括对镁铝复合块进行加热的步骤。
[0015] 优选的，步骤2)挤压温度为380-400°C，挤压速度为3-5m/min，挤压比为20-50。
[0016] 优选的，步骤2)挤压成型后还包括低温回火处理步骤。
[0017] 本发明的有益效果在于：
[0018] 本发明高性能轻合金板材的挤压方法，将镁合金板材和铝合金板材叠放固定后加 入挤压筒同步进行挤压，镁铝板材间存在界面，挤压过程中镁合金和铝合金之间不会发生 相对流动（图9中虚线箭头所示），可防止脆性的镁铝金属间化合物生成，使金属沿横向和 纵向均匀流动，实现更好的结合。
[0019] 由于镁合金和铝合金变形能力不同，且挤压过程中板材界面处不存在宏观滑动， 因此挤压成型过程中板材各部分流速差异明显，如图9所示：接触界面附件的镁合金和铝 合金的流速均为V，而远离界面处镁合金和铝合金的流速分别为VI和V2,受自身塑性变形 性能的影响，此时VI > V > V2,即同一块金属各部分流速不一致，内部存在剪切应力，而这 种剪切应力可以显著细化晶粒、弱化织构。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 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：
[0021] 图1为实施例1金属铸锭叠放示意图；
[0022] 图2为实施例2金属铸锭叠放示意图；
[0023] 图3为实施例1挤压所得金属板材的金相图；
[0024] 图4为对比实施例1挤压所得金属板材的金相图；
[0025] 图5为实施例1挤压过程中板材流动示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0027] 实施例1 :
[0028] 本实施例高性能轻合金板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0029] 1)各取一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；
[0030] 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；
[0031] 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，同时板材之间应当紧密贴 合无缝隙）；
[0032] 4)将步骤3)的镁铝复合块加热至380°C保温lh后置于挤压装置进行挤压；所述 镁铝复合块同时从挤压模口挤出，得到复合挤压板材；
[0033] 5) 400°C回火处理步骤4)所挤出的板材得到产品。
[0034] 本实施例中，镁合金为AZ31，铝合金为5052,铝合金厚度为镁合金的1/4。
[0035] 本实施例中，挤压速度为4m/min，挤压比为30。
[0036] 实施例2 :
[0037] 本实施例高性能轻合金板材的挤压方法，包括以下步骤：
[0038] 1)三块截面可完全重合的镁合金和铝合金铸锭块，其中铝合金两块，镁合金一 块；
[0039] 2)清洗打磨步骤1)的镁合金及铝合金铸锭块；
[0040] 3)将步骤2)打磨后铸锭块叠放在一起（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)将步骤3)的镁铝复合块加热至380°C保温lh后置于挤压装置进行挤压；所述 镁铝复合块同时从挤压模口挤出，得到复合挤压板材；
[0042] 5) 400°C回火处理步骤4)所挤出的板材得到产品。
[0043] 本实施例中，镁合金为AZ31，铝合金为3003,铝合金厚度为镁合金的1/5。
[0044] 本实施例中，挤压速度为4m/min，挤压比为30。
[0045] 对比实施例1 :
[0046] 取圆柱形AZ31镁合金铸锭打磨后于400°C进行普通对称挤压，挤压比为30,挤压 速度为4m/min。
[0047] 性能测试：
[0048] 取实施例1和对比实施例1所得板材进行金相组织分析和力学性能测试，结果如 图3、4及下表所示：
[0049] 图3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，由图1可以看 出，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。
[0050] 图4为对比实施例1所得镁合金板材的金相图片。
[0051] 对比图3、图4可以看出，本发明共挤成型生产金属复合板材中镁合金一侧的得到 晶粒明显细化。
[0052]
【权利要求】
1. 一种高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 、至少各取一块镁合金和铝合金并叠合固定； 2) 、将步骤1)固定的合金块加入挤压模具进行同步挤压，所述镁铝合金块同时从挤压 模口挤出，得到复合挤压板材。
2. 根据权利要求1所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤1)所选镁合 金为AZ31或AZ61。
3. 根据权利要求1所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤1)所选铝合 金为5000系或3000系铝合金。
4. 根据权利要求1所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤1)所取镁合 金和铝合金各一块，所述铝合金的厚度为镁合金厚度的1/10?1/2或者所述镁合金厚度为 铝合金厚度的1/10?1/2。
5. 根据权利要求1所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤1)所取镁合 金为1块、铝合金为2块，且按铝合金/镁合金/铝合金的方式叠合固定，其中铝合金厚度 为镁合金的1/15?1/3。
6. 根据权利要求1所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤1)叠合固定 前还包括对镁合金和铝合金接触面进行清洗平整的步骤，叠合固定后还包括对镁铝复合块 进行加热的步骤。
7. 根据权利要求1所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤2)挤压温度 为380-400°C，挤压速度为3-5m/min，挤压比为20-50。
8. 根据权利要求1-7任意一项所述高性能轻合金板材的挤压方法，其特征在于：步骤 2)挤压成型后还包括回火处理步骤。
【文档编号】B21C23/06GK104289543SQ201410608272
【公开日】2015年1月21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