[发明专利]制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，主要用于有色金属塑性加工，具体涉及的是一种用于制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、减震性好、电磁屏蔽性好、易切削加工以及易回收等优点，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”，已在航空航天、汽车、电子、体育器材与仪器仪表等领域得到一定程度的应用。然而，镁合金自身结构特点决定了其具有强度低、硬度低、塑性差与耐腐蚀性差等缺点，致使其应用领域远不如传统钢铁与铝合金材料广泛。因此，开发高性能镁合金材料才能进一步扩展其使用范围与应用领域。

剧烈塑性变形技术（简称SPD），具有强烈的晶粒细化能力，可以将金属材料的晶粒组织细化至亚微米甚至纳米级。目前常见的剧烈塑性变形技术有等通道转角挤压（ECAE）、高压扭转（HPT）、累积叠轧（ARB）、往复挤压（CEC）等。这些方法各有特点，例如等通道转角挤压是一种实用有效的晶粒细化方法，其在挤压过程中保持试样形状不变，可反复变形产生大的应变，但单次挤压变形量较小，单次挤压可获得的最大应变近似为1；高压扭转可获得大变形量的薄片状试样，但存在着组织不均匀的问题，其应用受到很大限制；累积叠轧可细化材料晶粒提高其强度，但不足是导致材料塑性降低；往复挤压能够制备大体积均匀超细晶粒材料，但现有往复挤压技术仅能制备超细晶粒块体，这限制了其应用范围。总之，很多剧烈塑性变形方法存在诸多技术问题和不足。

另外，中国发明专利公开号103240292A，发明名称：一种镁合金薄壁管材的生产方法及装置，该技术的特点在于利用连续挤墩制备超细晶粒镁合金块体材料，然后将挤墩模更换为管材挤压模，再将超细晶粒块体挤压成管材。但是，该技术在更换管材挤压模时，需要打开模具、取出试样、更换模具、重新放入试样、模具再次加热等较为繁琐的步骤，一方面影响了生产效率，另一方面试样再次进行加热易出现晶粒长大现象，影响了晶粒细化效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种制备超细晶粒镁合金的往复挤压装置及其加工方法。在筒形挤压模具内、在加热状态下，对镁合金进行往复挤压塑性变形，通过往复式连续挤压，从而以较高工作效率制备超细晶粒镁合金管材或超细晶粒镁合金块。制备的超细晶粒镁合金管材的平均晶粒尺寸可达600nm。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种超细晶粒镁合金的往复挤压装置，包括：挤压筒模具、挤压杆、固定挤压杆、挤压环。其中挤压筒模具中间设有缩颈区，缩颈区将挤压筒模具分为左模腔和右模腔，挤压杆置于右模腔内，挤压环设置在固定挤压杆外围并置于左模腔内。

所述挤压筒模具外围设置有加热套，挤压筒模具固定设置在左固定支架和右固定支架上，左固定支架、右固定支架均固定在液压挤压机工作台上。

所述固定挤压杆与挤压杆截面均为圆形，且固定挤压杆的直径小于挤压杆直径，固定挤压杆和挤压杆分别与左、右液压伸缩腔相连接。

所述挤压环截面为圆环形，内径大于固定挤压杆直径，外径与挤压杆直径相等，与左液压伸缩腔相连接。

所述左、右液压伸缩腔分别设置有左、右挤压调控器。

所述缩颈区为圆环状，外径小于挤压筒模具内径，截面为梯形且各个角为光滑倒圆角。

本发明涉及上述超细晶粒镁合金往复挤压装置的加工方法，在卧式挤压机上进行，是在挤压筒模具内、在加热、挤压杆与挤压环的作用下完成的，其具体步骤包括：

（1）固定往复挤压模具

将模具左、右固定支架固定在液压挤压机的工作台上，将往复挤压筒模具固定在模具固定支架内，并置于加热套内，挤压杆、挤压环、固定挤压杆与液压伸缩腔相连接。

（2）预热镁合金坯料

将镁合金坯料置于加热炉中进行预热，当达到预设温度350℃时保温1小时。 （3）设备加热

开启加热套，加热挤压筒模具、挤压杆、挤压环与固定挤压杆，当达到预设温度350℃时保温30分钟。

（4）置放镁合金坯料并固定

将预热后的镁合金坯料置于挤压筒模具内，将固定挤压、挤压环与挤压杆伸入挤压筒模具的左、右模腔，并接触镁合金。 

（5）开启挤压杆与挤压环