镁合金不等径弯道挤压－剪切诱导等温球晶化半固态坯复合制备方法

摘要

本发明提出一种镁合金不等径弯道挤压－剪切诱导等温处理球化半固态坯的制备方法。将镁合金铸坯经过不等径弯道挤压，产生大的剪切变形诱导，然后加热到半固态温区进行等温处理。通过控制好等温处理的时间和温度，可获得细小、球晶结构的半固态坯。本发明为半固态成形工艺在镁合金加工领域的推广应用，将产生积极的效果。

说明书

技术领域    本发明提出了一种镁合金半固态坯的制备方法。

背景技术    目前镁合金半固态成形还处于试验室研究阶段，没有工业应用。主要是由于镁合金的特殊化学性质和晶体结构决定的。镁合金化学性质活泼，很容易氧化，加上其燃烧点很低，大约在液相线附近；而且，镁合金晶体结构是密排六方结构，塑性变形能力很差，这就会影响其制坯工艺。液相机械搅拌、电磁搅拌不仅费用高，而且工艺操作复杂。制备的坯料尺寸也受到限制，例如电磁搅拌只能生产Φ150mm以下的坯料。SIMA(Strain Induced-Melting Activation)法，具有工业应用的潜力，但由于预墩粗变形对于镁合金这样非常脆的材料不能产生大的塑性变形。这样就限制了坯料的尺寸。

本发明是针对镁合金特殊的性质和现有制坯技术的不足，提出一种不等径弯道挤压-剪切诱导等温球晶化半固态坯制备方法。

发明内容    半固态坯料的组织特征是：细小、非枝晶组织。而在通常情况下，几乎所有工业应用的合金，均以枝晶形成。本发明原理：对镁合金进行晶粒细化和产生大的塑性变形诱导，然后加热到半固态温区进行等温球化处理。①细化晶粒。由于镁合金晶体结构是密排六方结构，塑性变形能力差，细小的晶粒能增加塑性变形能力，并且对半固态球状晶粒尺寸有很好的细化作用。反之，如果镁合金原始组织粗大，那么半固态非枝晶组织也粗大，使坯料的触变性下降，最终会严重影响制件的力学性能。②产生大的塑性变形诱导。传统的SIMA法中的预镦粗变形在镁合金上应用受到限制，很难得到预变形诱导。即使在热墩粗的条件下，变形也必须很小，否则就会产生裂纹。但是，采用不等径弯道挤压则可以对镁合金产生大的预变形。因为如附图所示：坯料先经过具有一定挤压比的热挤压变形，由于变形是在三向压应力的条件下进行的，所以产生了一定的压缩变形；经过挤压的坯料再经过弯道时又产生大的剪切变形。这样镁合金铸坯同时产生了压缩变形和大的剪切变形诱导。③等温球化。在经过大的变形诱导后的坯料加热到半固态温区后保温一定时间，能获得很好的细小、均一化的球状晶组织。这时的坯料可以入库保存，已备以后的触变成形，也可以直接放入模具中进行成形。

本发明工艺参数：

①挤压比：1.2-2.0之间；

②挤压次数：3-5次；

③半固态等温处理温度：550℃-580℃，保温时间视具体坯料尺寸和保温温度在10min-40min之间变化。

附图说明    附图是本发明中所用的不等径弯道挤压-剪切诱导装置结构图。

其中各部分包括：1-凸模，2-镁合金铸坯，3-凹模

具体实施方式    AZ91D镁合金不等径弯道挤压-剪切诱导等温球晶化半固态坯制备及触变成形试验

铸坯棒料规格：Φ100×150mm

组织：晶粒度＞150μm

力学性能：常温状态下，σ_b＜150Mpa，δ＜2％

经过不等径弯道挤压-剪切变形后(挤压比为1.5，循环挤压4次)

组织：晶粒度＜20μm

力学性能：常温状态下，σ_b＞250Mpa，δ＞5％

经过半固态等温处理(等温温度分别为550℃、560℃、570℃、580℃，保温时间分别为25min、20min、15min、10min)

半固态坯组织：晶粒度＜20μm，晶粒尺寸均一化程度很高，形状系数为1.5～1.2

触变成形后力学性能：σ_b＞270MPa，δ＞5％