一种增强型镁合金板材的等体积往复挤压装置及加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及板材增强及加工方法的改进，具体涉及一种增强型镁合金板材的等体积往复挤压装置及加工方法，属于有色金属塑性加工与增加力学性能的技术领域。
【背景技术】
[0002]镁合金是目前应用的最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚高、阻尼减震性能好、导热性好、易切削加工以及易回收等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”，已在航空航天、交通运输以及信息产业等领域得到一定程度的应用。然而，除上述优点之外，镁合金具有的自身结构决定了其存在一些缺点，如强度低、塑性差、耐热抗蠕变和高温服役性能差以及耐腐蚀性差等，镁合金的这些缺点致使其广泛应用受到很大的局限。因此，必须对镁合金材料进行增强处理才能进一步扩大其应用领域与范围。
[0003]经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利授权号101590493B，发明名称:一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具，该技术的特点在于在模具主体上设有一条等截面折弯且呈直角的挤压槽，对试样的挤出方向施加背压，用于铝合金和镁合金块状材料的制备；中国发明专利授权号101966536B，发明名称:扭转式往复挤压装置及其加工方法，该技术的特点在于上压头和下压头逆向转动，对试样施加扭转变形，使试样发生挤压与扭转复合变形，从而制得超细晶块体材料；中国发明专利授权号102766832B，发明名称:一种镁合金块的往复挤压增强方法，该技术的特点在于利用左挤压头与右挤压头对镁合金坯料进行双向往复挤压变形，从而制得超细晶增强镁合金块体材料。综上可知，目前现有往复挤压技术工艺复杂，对设备要求较高，而且仅能生产制备增强型镁合金块体材料或镁合金棒材，无法生产增强型镁合金板材，不能满足日益强烈的对高强镁合金板材的市场需求，使其广泛应用受到很大的限制。因此，为了适应当前对高强镁合金板材的市场需求，有必要开发一种可控性强、工艺简单的增强型镁合金板材的生产制备技术。
【发明内容】
[0004]针对现有【背景技术】的不足，本发明的目的是提供一种增强型镁合金板材的等体积往复挤压装置及加工方法。本发明通过新型往复挤压加工方法使镁合金板材在加热状态下、在矩形型腔内保持体积不变而产生反复变形，利用等体积往复挤压累积变形实现剧烈塑性变形，从而制备较大面积的、具有超细晶组织的增强型镁合金板材，扩大镁合金板材的应用领域与应用范围。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
本发明所述一种增强型镁合金板材的等体积往复挤压装置，包括挤压凹模、挤压凸模以及上、下固定压盘；
所述挤压凹模的竖直中心上下贯通形成型腔且该型腔横截面中心呈矩形，矩形的前后两边中部呈半圆形向外突出；挤压凹模外围周圈设置有加热套，挤压凹模上下两端分别与上固定压盘和下固定压盘固定，上固定压盘、下固定压盘均固定在液压挤压机工作台上；上、下固定压盘与挤压凹模型腔对应的位置均开有孔；
所述挤压凸模由上而下贯穿挤压凹模型腔；所述挤压凸模横截面中心呈矩形，矩形的前后两边呈半圆形向外突出并与挤压凹模型腔的半圆形相配合，矩形的左右两边与挤压凹模型腔左右两边之间留有挤压通道，挤压凸模上下两端分别连接有上、下挤压伸缩压头；上、下固定压盘所开孔的内壁均向挤压凹模型腔内部延伸有与挤压通道相配合的延伸段；所述挤压凸模中部在左右两侧设置有多对呈水平排列的长条状凸起区，凸起区数量成对且对称分布在挤压凸模的左右两边上；
所述延伸段用于对镁合金板材的上下端进行限位。
[0006]进一步的，凸起区纵截面为梯形且各个角均为光滑倒圆角，用于对镁合金板材进行挤压；做成光滑圆角才能够保证挤压加工效果；
所述上、下挤压伸缩压头分别设置有上、下挤压调控器，方便调节上、下挤压伸缩压头的上下位置。
[0007]本发明所述增强型镁合金板材往复挤压加工方法，在立式液压挤压机上进行，是在加热、挤压凹模内、挤压凸模与其凸起区的作用下完成的，其具体步骤包括:
①备往复挤压模具
挤压凸模用4Cr5MoSiVl材料制备，挤压凸模中部设置的长条状凸起区数量为四个且对称分布在挤压凸模左右两侧，凸起高度为l_2mm，挤压凸模表面粗糙度为Ra0.08-0.16 μ m ;
挤压凹模用4Cr5MoSiV材料制备，型腔表面粗糙度为Ra0.16-0.32ym ；
②固定往复挤压模具
将挤压模具安装于立式液压挤压机的模具固定架内，安装牢固，连接关系正确，按序操作；
③预处理镁合金板材坯料
用砂纸对镁合金板材坯料的表面进行打磨，使表面清洁、光滑；
将镁合金板材坏料浸泡于体积比为5:4的丙酮+无水乙醇混合液中进行洗涤，时间为30min ；
浸泡洗涤后将镁合金板材坯料取出，置于干燥架上晾干；
④置放镁合金板材坯料
分别在两块镁合金板材坯料的一个表面上涂抹石墨以润滑，并将其置于挤压凹模型腔内的挤压通道处，且未润滑的镁合金板材坯料表面与挤压凹模型腔紧贴；
在具有长条状凸起区的矩形挤压凸模表面涂抹石墨以润滑，并将其伸入挤压凹模型腔内，接触镁合金板材坯料；
⑤开启加热套，加热挤压模具与镁合金板材坯料，加热温度预设为250°C-500°C，达到预设温度时保温0.5-3h ;
⑥开启上挤压伸缩压头，使挤压凸模下行，对预先置于挤压凹模型腔内的镁合金板材坯料进行挤压，镁合金板材坯料在挤压凹模内壁与挤压凸模的作用下在模具型腔内体积保持不变，在挤压凸模长条状凸起区的作用下发生塑性变形，当挤压凸模上端完全进入挤压凹模时，停止推进，实现两次塑性变形，完成一道次挤压；
⑦开启下挤压伸缩压头，使挤压凸模上行，当挤压凸模下端完全进入挤压凹模时，停止推进，完成二道次挤压；
⑧重复上述步骤⑥和步骤⑦至少2次实现镁合金板材坯料的连续等体积往复挤压加工，等体积往复挤压加工累积变形而达到剧烈塑性变形的目的，有效地细化晶粒组织、提高强度，从而获得增强型镁合金板材；
⑨挤压完毕后，关闭加热套，关闭上、下挤压伸缩压头，取出增强型镁合金板材，使之在空气中冷却；
⑩打磨、洁净处理
切除增强型镁合金板材的废料，并用砂纸对其表面进行打磨，然后用无水乙醇进行清洗，使其洁净。
[0008]结论:镁合金板材经等体积往复挤压后组织平均晶粒尺寸可细化至600nm，抗拉强度可达510Mpa，等体积往复挤压是制备增强型镁合金板材十分理想的方法。本发明采用的挤压模具的结构、所用材料以及尺寸均为挤压工艺的实现提供了技术支持；并实现了良好的挤压加工效果。
[0009]本发明的有益效果在于:
本发明与【背景技术】相比具有明显的先进性，是针对镁合金板材强度低的情况，通过等体积往复挤压累积变形引入剧烈塑性变形，有效地细化晶粒组织、提高强度，从而制备面积较大的、具有超细晶组织的增强型镁合金板材，经至少8道次等体积往复挤压可将镁合金板材的平均晶粒尺寸细化至600nm，抗拉强度可达510Mpa，扩大镁合金板材的应用领域与应用范围。而且模具结构简单，挤压凸模中部凸起区的形状与数量可根据生产需要与材料的性能进行调整，模具加热方便，温度易于控制。本发明的增强型镁合金材加工成本低、方法简单且易于实现，规模化应用前景较为广泛，是增强型镁合金板材十分理想的加工制备方法。
【附图说明】
[0010]图1为本发明中增强型镁合金板材的等体积往复挤压状态图。
[0011]图2为挤压通道的剖面示意图。
[0012]图3为图2中A-A向的剖面示意图。
[0013]图4为增强型镁合金板材的TEM图。
[0014]图中所示，附图标记清单如下:
1.上挤压伸缩压头，2.挤压凸模，3.上固定压盘，4.加热套，5.挤压凹模，6.固定螺孔，7.固定螺栓，8.下挤压伸缩压头，9.镁合金板材坯料，10.凸起区，11.下固定压盘，
12.挤压通道，13.延伸段，14.凸起区放大图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
如图1所示，制备增强型镁合金板材的等体积往复挤压装置包括:1.上挤压伸缩压头，
2.挤压凸模，3.上固定压盘，4.加热套，5.挤压凹模，6.固定螺孔，7.固定螺栓，8.下挤压伸缩压头，9.镁合金板材坯料，10.凸起区，11.下固定压盘。其中，上、下挤压伸缩压头分别与挤压凸模2的上下两端相连接，挤压凸模2表面粗糙度为Ra0.08-0.16 μ m，挤压凸模2两侧(即朝向挤压通道的两侧)中部均设置有两个凸起区10，凸起区10的纵截面为梯形(图1中的凸起区放大图显示)且各个角均为光滑倒圆角；加热套4包围着挤压凹模5的外壁，挤压凹模5型腔表面粗糙度为Ra0.16-0.