[发明专利]一种实现镁合金晶粒细化的挤压剪切模具及成形方法

说明书

本发明属于镁合金变形技术和模具设计制造领域，涉及一种实现镁合金晶粒细化的挤压剪切模具及成形方法。该挤压剪切模具包括压块、套筒和挤压剪切镶块；挤压剪切镶块的半模上包括挤压杯、挤压段、剪切段、成形段和出料区。本发明克服了现有技术对设备挤压力、模具结构及强度的要求高，工艺复杂等缺点；提供一种有效实现镁合金晶粒细化的挤压剪切模具及成形方法，该模具结构简单，方法简便，易于操作且效果明显。

技术领域

本发明涉及一种实现镁合金晶粒细化的挤压剪切模具及成形方法，属于镁合金变形技术和模具设计制造领域。

背景技术

镁合金被誉为21世纪资源与环境可持续发展的绿色材料，已成为各国关注的焦点。由于镁合金的密排六方晶体结构，使镁合金塑性变形能力差，目前，90%以上镁合金以铸件的形式获得的。常规铸造条件下得到的镁合金强度低，在很大程度上限制了镁合金的广泛应用。与铸造镁合金相比，变形镁合金的晶粒更加细小，铸造缺陷减少，甚至消除，从而使产品的综合力学性能大幅度提高，且通过塑性变形可以生产出尺寸、规格多样的镁合金棒、管、型材、线材、板材及锻件产品，以满足不同场合对镁合金结构件使用性能的要求，对扩大镁合金应用范围具有重要的现实意义。根据Hall-Petch公式，合金强度主要和晶粒尺寸有着直接联系。近年来，在镁合金晶粒细化方面开展了一些研究，主要通过大塑性变形方法如等通道挤压、交叉轧制、异步轧制、往复挤压、大比率挤压、多向锻造和大变形热轧来使得晶粒细化，虽然这些方法对镁合金晶粒细化的作用比较明显，但这些方法工艺复杂，操作繁琐，且产品尺寸有限，不适合工业化应用。例如，等通道挤压（ECAP）是近些年备受关注的一种新型金属强塑形变形工艺，通过该方法可使镁合金获得明显的晶粒细化效果，但坯料需要经过多道次剪切才能达到较好的晶粒细化效果，且镁合金力学性能受晶粒尺寸、变形参数的影响较大，从而导致其生产效率较低和工艺复杂；此外，等通道挤压不能应用于较大尺寸型材的制备，其应用范围也受到较大的限制。《ZK60 镁合金ECAP 变形组织及力学性能》（2013年42卷1期）中吴宝红等发现铸态ZK60合金经2道次等通道挤压后可获得平均晶粒尺寸为20µm，其拉伸力学性能可以达到：抗拉强度250MPa，伸长率17.7%，但继续增加等通道挤压的道次，反而会造成晶粒的长大（4道次后晶粒平均晶粒尺寸为50µm）和抗拉强度的降低（242MPa）。《ECAP法制备细晶ZK60镁合金的微观组织与力学性能》（2011年6期）中何运斌等发现挤压态ZK60合金经4道次等通道挤压后可获得平均晶粒尺寸约为1-2µm，其拉伸力学性能达到最佳：抗拉强度221MPa，伸长率28.1%。但随着等通道挤压的道次增加，其晶粒细化效果不明显，合金强度提高较小，但伸长率却明显增加（35.1%）。目前，有连续转角剪切模具，其经过两次转角剪切达到充分细化晶粒的目的，其转角的角度在合金剪切变形过程中起到重要的作用，在试验条件允许的情况下，角度越小，其剪切力越大，对合金的晶粒细化程度越明显。但这种方法对设备挤压力、模具结构及强度的要求很高。

发明内容

发明目的：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效实现镁合金晶粒细化的挤压剪切模具及成形方法，该模具结构简单，方法简便，易于操作且效果明显。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种实现镁合金晶粒细化的挤压剪切模具，包括压块、套筒和挤压剪切镶块，压块和挤压剪切镶块装配于套筒内，在压块和挤压剪切镶块之间放置坯料；挤压剪切镶块以轴线分成两个对称的半模，半模包括挤压杯、挤压段、剪切段、成形段和出料区；坯料依次经过挤压杯、挤压段、剪切段、成形段和出料区。

套筒内圆半径R1为18-95mm，在套筒下端设有与挤压剪切镶块出料区对应的空槽，空槽高度L1为100-250mm，空槽宽度L2为30-50mm；套筒内侧与空槽等高处设有出模斜度β为1°-1.5°。