[发明专利]镁合金连续挤压变形方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金的挤压变形领域，特别涉及一种镁合金连续挤压变形方法。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，其具有导电性、导热性、电磁屏蔽性，同时性能良好，比强度和比刚度高，减震性好，切削加工和尺寸稳定性佳，易回收，有利于环保等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，随着汽车、航空、电子及运输等工业轻量化的发展要求，镁合金的应用范围越来越广。镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金，目前应用较广的铸造镁合金，其铸态组织晶粒粗大，力学性能较低。常用的变形镁合金主要有AZ31、AZ61、AZ80、ZK31、ZK61、HK31、HK21等牌号，变形镁合金主要是通过挤压，轧制，锻造或拉伸等塑性压力加工，经过挤压、锻造和轧制等生产工艺产出的变形产品具有更高的强度、更好的延伸率和更多样化的力学性能，可以满足更多样化结构件的需求。目前我国开发成功并已形成小批量生产和应用的是采用挤压法生产的Mg-Al-Zn系列镁合金AZ31，该镁合金有较好的挤压性能，可通过挤压变形制造出多种规格的管、棒、条、带型材和断面形状比较复杂的型材，型材的最薄壁厚可以达到0.6mm甚至更薄。因此，开发变形镁合金产品是镁合金加工发展的必然趋势。

但镁是密排六方结构的金属，在室温和低温下滑移系少，理论上只有3个滑移系，变形时实际上只有1个滑移系在运动，塑性比较低，容易脆断，冷加工性能不好。为了提高其力学性能，细化组织是比较好的途径。通过热加工处理来细化镁合金晶粒不仅能提高其塑性，亦可提高其强度。晶粒细化一直是材料科学界研究的热点问题，根据著名的Hell-Petch公式多晶体屈服强度随晶粒尺寸的减小大大增加，而延伸率也明显提高，是理想的材料强化方式。挤压变形就是其中一种比较理想的细化组织，提高其力学性能的变形方式。挤压法生产的零件其力学性能较压铸法生产的要高很多，而且表面光洁度高，可用于汽车承载件如坐架、底盘框和汽车窗框等。我国变形镁合金材料的研制与开发仍处于起步阶段，缺少高性能镁合金板、棒和型材，如今国防军工、航天航空用高性能镁合金材料仍依靠进口，民用产品尚未进行大力开发。因此，研究和开发性能优良、规格多样的变形镁合金材料显得十分重要。

目前，工业生产中镁合金的挤压变形工艺，一般是采用单向挤压方式，其镁合金坯料的挤压温度通常为300～450℃，为了防止与模具之间的温差而产生裂纹，常采用模具温度与挤压温度相同的等温挤压，或模具温度约低于挤压温度进行挤压；挤压速度通常为0.5m/min～2m/min。这种单向挤压方式的挤压温度与挤压速度成正比，挤压温度越低，挤压速度越慢，如果挤压温度降低而挤压速度不随之而减慢，镁合金的成型效果将受影响，导致挤压出的材料出现裂纹，影响产品质量。目前在实验研究领域采用的镁合金的单向挤压变形方式通常为单一的等通道角挤压，又称等径角挤压(英文简称ECAE，即Equal channelangular extrusion)，和单一的变通道角挤压，又称变径角挤压(英文简称CCAE，即Change channel angular extrusion)，都是利用大剪切变形细化晶粒的塑性变形加工方法，即将被挤压的镁合金坯料，通过挤压模上弯曲成90度角的单向等径挤压通道进行挤压，使镁合金坯料在一个挤压杆的压力下，由模具挤压通道的一端向另一端，通过单向的一道次等通道转角挤压出模，或通过单向的一道次变通道角挤压出模，使镁合金坯料在经过单向等径角挤压通道的90度转角时，受到剪切变形，将镁合金晶粒细化，提高被挤压的镁合金材料的力学性能。