[发明专利]一种均质高强韧化镁合金杯形构件旋转挤压方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性加工工艺及成形技术领域，具体的说是一种用于镁合金材料挤压成形与改性的技术，特别涉及一种镁合金杯形构件的成形与强韧化的旋转挤压方法。 

背景技术

随着航空航天、国防军工、交通运输等领域的飞速发展，迫切需要采用高强韧轻质构件来实现轻量化，其中杯形构件为最具代表性的结构形式之一。镁合金密度小(为铝的2/3、钛的1/2)，是最轻的金属结构材料，具有良好的比强度、比刚度、导热导电性、电磁屏蔽性、阻尼减震性等优点，广泛应用于航空航天、交通运输、国防军工等领域。镁合金铸造产品力学性能低，满足不了承力构件的要求；塑性成形可大幅提高镁合金构件的力学性能，已成为国内外研究热点。镁合金为密排六方晶体结构、塑性差，成形易开裂，并且传统反挤压成形的镁合金杯形构件，周向和轴向的抗拉强度相差30％左右。添加稀土元素的高强耐热镁合金，由于具有良好的高温性能，在航空航天、国防军工领域具有更好的应用前景；但由于成分偏析和夹杂严重，较常规镁合金塑性更差，成形更易开裂，传统反挤压成形的杯形构件的各向强度差异更加明显。压扭变形工艺源于20世纪50年代末前苏联学者对平砧镦粗工艺缺陷的改造——对上平砧的轴向直线运动复合一个绕轴向的旋转运动，将有害摩擦变成有益剪切作用，解决了镦粗变形时摩擦带来的不利影响。目前实际生产应用的高压扭转是压扭变形工艺的一种特殊情况，属于大塑性变形法，能制备块状超细晶材料。其制备工艺为：变形体在平压头与凹模之间承受约 几千MPa的压力作用，同时平压头或凹模旋转，变形体还受到强烈的剪切力作用，从而获得很大塑性变形。这种高压与扭转的复合加载方式产生的剧烈塑性变形能有效地将材料晶粒细化至微纳米量级，获得无疏松孔洞的材料，避免了残留孔隙对材料产生的不良影响。目前，国内外成功开发了上/下工作台旋转的成形液压机，但是利用这些液压机的压扭成形工艺，通常用于制备尺寸较小的圆形扁薄工件，无法成形一定形状要求的零件，在工业生产中应用存在一定的局限性。 

发明内容

本发明的主要目的是针对镁合金杯形构件的成形与强韧化，提出一种均质高强韧化镁合金杯形构件旋转挤压方法，该方法能有效改善镁合金的成形性、提高成形构件的综合力学性能、克服传统挤压成形的镁合金杯形构件各向强度差异大的缺点。 

为了实现上述目的，采取上述技术方案是： 

一种均质高强韧化镁合金杯形构件旋转挤压方法，步骤： 

(1)、棒材下料，下料直径小于镁合金杯形构件； 

(2)、均匀化热处理，形成毛坯； 

(3)、成形准备：将旋转挤压模具全部加热到镁合金棒料成形温度30℃以上，安装固定好成旋转挤压模具，旋转挤压模具包括旋转挤压杯形构件用冲头、成形凹模、下垫板、下模板、顶杆；所述的冲头与带上旋转工作台的液压机的上旋转工作台连接，冲头为“工”字形回转件，冲头与挤压坯料接触的那一端头部为圆锥体，圆锥体表面设有一定宽度与深度的非联通式沟槽，圆锥体表面中心部位的圆形区域没有开槽；成形凹模的模腔底部平面开设有“十”字形槽，成形凹模的模腔底部平面中间开设贯通孔，所述的成形凹模、下垫板从上到下固定在下模板上形成整体，成形凹模与下垫板、下模板连接，下 垫板和下模板的中部设有与模腔的底部的贯通孔相通的顶杆通孔，所述的顶杆为“T”形，大直径的“T”形头部置于贯通孔中，小直径杆身置于顶杆通孔中；对冲头工作带与非联通式沟槽、成形凹模的模腔以及毛坯喷涂油剂石墨润滑剂；将挤压用镁合金毛坯装入成形凹模的模腔中，冲头通过上旋转工作台实现冲头的轴向运动以及绕轴旋转运动，下模板固定在液压机的下工作台上； 

(4)、成形过程：液压机上旋转工作台先向下轴向运动一段距离，冲头挤入毛坯中，液压机上旋转工作台向下运动直至冲头的非联通式沟槽大部分被金属充填，接着，液压机上旋转工作台同时轴向运动以及绕轴旋转对毛坯进行加载，冲头对挤入非联通式沟槽中的金属在冲头绕轴旋转运动中进行抹平-凸起-抹平-凸起连续充填，形成初坯件，挤压成形完成后，液压机上旋转工作台停止旋转并向上直线运动，带动冲头向上移动与挤压件脱离，通过液压机的顶出缸对顶杆的作用，将挤压成形的挤压件从成形凹模中顶出； 

(5)、将挤压件最后加工形成镁合金杯形构件。