[发明专利]中塑性高吸能镁合金及可深度冷弯的管材制备装置和方法

说明书

一种中塑性高吸能镁合金及可深度冷弯的管材制备装置和方法，属于金属材料技术及冶金技术领域；该镁合金成分按质量百分比分别为：Zn：1.5～2.2％，Ce：0.2～0.7％，La：0.1～0.2％，Mn：0.3～0.9％，Zr：0.06～0.6％，Ca：0.1～0.3％，余量为Mg及杂质。其中，按质量百分比，Ce∶La＝(2～7)∶1，Mn∶Zr＝(1.5～5)∶1，杂质Fe＜0.003％；该装置包括中空的挤压杆、分流挤压上模、分流挤压下模、挤压筒、挤压垫片和涡轮增压冷却系统；镁合金管材制备方法：1)将原料进行熔炼，对熔体进行净化处理；2)将熔体降温至680～700℃进行半连续铸造；3)将经过均匀化处理和预处理后的镁合金棒材，进行分流挤压，制得可深度冷弯高吸能镁合金管材。

技术领域

本发明属于金属材料技术及冶金技术领域，具体涉及一种中塑性高吸能镁合金及可深度冷弯的管材制备装置和方法。

背景技术

镁合金具有密度小、比强高以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点，是结构轻量化的理想材料。镁合金挤压管材是变形镁合金结构件生产的重要大宗产品形式，可广泛应用于自行车、轮椅、沙滩椅、户外家具、体育器材等民用领域，也可广泛应用于航空航天和军工等领域。但是，管构件生产时，很多情况下涉及挤压管材的弯曲和变径(扩径或缩径)等二次塑性成形工序。

金属镁及其合金(除Mg-Li基合金外)为密排六方晶格结构，独立滑移系少，塑性差，导致塑性成形性差，无论其管材挤压还是管材的弯曲等二次成形均要求在加热到较高的温度下进行，而且由于镁合金材料的力学性能还存在较显著的各向异性以及拉压屈服强度不对称性，有研究表明传统镁合金AZ31相比于铝合金和钢铁，具有更加优异的吸能特性。常用的AZ系镁合金(如AZ31和AZ61等)即使在高温弯曲时也容易造成管材横向断裂或挤压焊合缝开裂。这些问题降低了镁合金管构件的成材率，显著提高了加工成本，降低了市场竞争力。

良好塑性是高成形性的前提，但是即使塑性比镁合金优良的铝合金的管材进行冷弯时也常会发生断裂现象，即包括铝合金和镁合金在内，变形材的二次变形能力有赖于变形材制备过程的变形组织及其取向的良好控制。对于镁合金管材弯曲变形过程，不同部位分别承受拉应力与压应力，而镁合金有着显著的各向异性特点以及拉压不对称性，这意味着即使是高塑性镁合金的管材其弯曲变形也是较困难的。有研究表明，不加芯棒的Φ20AZ31镁合金挤压管常温下冷弯到40°时就将无法保持内径的一致性，继续变形则会被折断，而AZ31挤压方管弯曲约30°时即产生裂纹。因此，目前工业上镁合金管材包括弯曲和变径等二次变形多采用热加工方式，须在250℃或更高温度加热以期实现管材的良好二次成形。这不仅导致变形工艺与设备的复杂化，也显著影响管材构件的力学性能。

大量研究表明向镁合金中加入适量稀土可以弱化织构，也有研究表明，向镁合金中少量添加重稀土元素Gd可以提高镁合金的塑性变形能力，但重稀土的价格昂贵，即使添加量不大也会大大提高其材料成本，而Ce，La、Sm等轻稀土这廉价得多，约为重稀土的五分之一。值得一提的是加入稀土后，是熔体净化，显著的增强了熔体的流动性，从而大大提高了镁合金的成材率。有研究指出，能够在不借助热处理或预拉伸的条件下实现大角度冷弯的镁合金一般很高的塑性和较低的屈强比，然而其较低的强度限制了其应用。

此外，有研究表明传统镁合金AZ31相比于铝合金和钢铁，具有更加优异的吸能特性。但在压头冲击下，传统镁合金AZ31的变形极限强度和吸能位移都不理想，在冲击下合金平缓地吸收的能量较少，而较高的变形极限强度导致无法起到对冲击体的保护作用。

发明内容

针对目前镁合金及其管材存在的问题，克服现有镁合金管材存在的二次加工成形性差，小径薄壁管不加芯棒无法保持弯曲变形处孔径一致性等问题，本发明提供一种中塑性高吸能镁合金及可深度冷弯的管材制备装置和方法，该方法提供了一种具有中塑性高吸能镁合金，同时提供了一种对应该镁合金的可深度冷弯管材的制备装置和方法。