[发明专利]镁合金3D超塑化处理方法以及超塑性精密成型方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料短流程快速成型技术领域，涉及一种镁合金3D超塑化处理方法和装置，基于该处理方法的镁合金超塑性精密成型方法以及通过该成型方法加工的过渡车钩。

背景技术

过渡车钩是连接轨道列车的核心零部件，同时也是极为重要的安全结构，是地铁列车、有轨电车(低地板列车)和普通客运列车、高速动车组在编组、救援、调车等过程中常用的工具，在回送和救援时需要人工搬运到车端部车钩位置，进行人工安装，没有辅助借力机构，因此需要对过渡车钩进行轻量化设计。对地铁而言，其编组频率高，过渡车钩使用频繁；动车组列车在救援时时间要求紧，要求快速、精确安装。这些工作特性要求车钩能够搬运方便，安装快捷，工作安全可靠，因此在不降低车钩性能的前提下，车钩的轻量化是必须尽快解决的问题。UIC660-2002规定：过渡车钩应采用紧凑的轻型结构，以方便搬运，并在10min内完成装备，过渡车钩的每个构件最大质量必须小于50Kg。

以地铁列车的过渡车钩为例，当前使用的过渡车钩其重达74-84Kg，换装需要3-5个工人协力安装，很不方便，稍一不慎就造成人员受伤或设备损坏。当前国产动车组车钩的主流技术是采用钢结构，重量大、人工移动和对准十分困难，而且一些结构为焊接接头，可靠性也难以保证。

现有的车钩基本为铸钢(如C级钢ZG25MnCr)铸造而成，或钢板焊接而成，只有少量的其他相关部件(如车钩舌坯料【CN200920127360.2铁路车辆用车钩钩舌坯料】，钩尾框框体【CN201310160816.6钩尾框框体的加工工艺】)采用了一般模锻成型技术。现有的钢制铸造车钩，缩孔、缩松、夹杂、气孔等铸造缺陷将严重影响后续车钩的服役性能，如其强度和塑性离散性大，钩体材料均质化程度较低，且车钩成品率较低，材料利用率不高。焊接过渡车钩同样存在缺陷率高而且不易控制、尺寸精度较低，导致结构可靠性差，使用过程中的钩体接触表面易于磨损，防脱性能下降，正常作业性能被破坏，出现纵向间距迅速增大等不良状态。

对于过渡车钩的轻量化制备方法，目前主要有选用低合金高强度钢等材料制备，也有新近开发采用碳纤维复合材料、铝合金材料等轻量化材料制备。碳纤维材质的过渡车钩已由英国铁路公司生产商试制出来，但造价过于昂贵，数百倍于现有钢结构车钩，在欧洲也难以推广，同时由于构成碳纤维复合材料基体的树脂要发生老化，性能会不可避免地随时间发生衰减，造成可靠性能逐渐降低。高强度低合金钢过渡车钩主要为铸造或焊接生产，可靠性低，质量大，操作困难，属于淘汰技术和产品。

综上所述，当前使用的过渡车钩多为铸钢铸造而成，新开发的碳纤维制造的过渡车钩的制造成本过于昂贵而无法投入实用。现阶段使用的钢制过渡车钩存在以下技术缺陷：(1)重量大，人工移动和对准困难；(2)结构强度较低；(3)制造精度较低，难以成型复杂微细结构，需要后续大量机械加工实现精密成型；(4)铸造成型产品表面质量较差。

研发减重率达65％以上的轻量化高强度镁合金车钩，将具有极大的技术进步意义。同时该技术的成功开发将打破国际技术垄断，从轻量化设计、材料、成型技术、后处理技术等方面实现技术创新，形成中国创造的高速列车新产品。

此外，目前具有实际意义的轻量化高强度材料成型加工工艺尚不成熟，尚未出现高效率的成型方法，这也是本领域目前研究的重要问题。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术中存在的问题，提供一种镁合金3D超塑化处理方法，能够实现材料均质、晶粒细化和组织致密化，消除现有铸造成型带来的铸态粗大枝晶组织及消除偏析，缩孔，缩松等铸造缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述镁合金3D超塑化处理方法的装置。

本发明的再一目的在于提供一种基于上述镁合金3D超塑化处理方法的镁合金超塑性精密成型方法，通过该成型方法能够获得轻量化高强度的构件。

本发明的第四个目的在于提供一种通过上述金属坯件精密成型方法加工的过渡车钩，相对于现有的钢结构的过渡车钩，其质量减轻了75％，其强度却可以达到350MPa以上。

本发明采用以下技术方案来达到上述目的。