循环闭式模锻制备镁合金半固态坯料及触变挤压成形方法

摘要

本发明公开了一种制备镁合金半固态坯料的循环闭式模锻方法、模具以及触变挤压成形工艺。其方法是：借助循环闭式模锻模具对镁合金铸坯进行预变形处理，反复模锻次数为2~6次，将大变形处理后的镁合金坯料加热到固相线温度以上2~5℃，保温5~15min；重熔浆料移入挤压模具，挤压成形。本方法获得预处理坯料组织均匀，细小，半固态触变挤压成形后的零件组织细小、圆整、均匀,机械性能获得提高。

说明书

技术领域

本发明涉及循环闭式模锻制备镁合金半固态坯料，坯料重熔及触变挤压成形方法，属于镁合金半固态成形技术领域。

 

背景技术

半固态金属成形技术适合制造高质量的轻合金零件，生产效率高，能减少铸件的凝固收缩和宏观偏析，有效提高铸件的致密性及力学性能。半固态成形方法主要包括流变成形、注射成形和触变成形。半固态金属触变成形是一种利用剧烈搅拌等方法制备出球状晶的半固态金属浆料，将该半固态金属浆料进一步凝固成锭坯或坯料，再将坯料重新加热至固液两相区后送往成形设备成形的过程。根据成形设备的种类不同，半固态金属触变成形分为触变压铸，触变锻造，触变轧制，触变挤压等。

金属镁及其合金具有低密度、高比强度和高比刚度、良好的阻尼减震性和导热性等优点，广泛应用在航空航天、兵器、汽车、电子产品等领域。半固态成形技术能进一步提高镁合金的力学性能，扩大其应用范围。镁合金半固态触变挤压成形工艺为坯料制备→重熔→挤压。因此，半固态坯料或浆料的制备过程、重熔工艺及挤压工艺对镁合金半固态触变挤压成形产品的组织和性能有重要影响。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金半固态坯料制备及其触变挤压成形方法，该方法能有效提高镁合金铸件的力学性能。

实现本发明目的的技术方案是一种制备镁合金半固态坯料的循环闭式模锻模具，包括均由耐热、抗氧化的模具钢制成的凸模（1）、上凹模（2）、下凹模（3）以及模膛（4），其中锻模设计为水平可分凹模，上凹模（2）与下凹模（3）水平地接合并形成可容纳凸模（1）的通孔，通孔具有Wmm×Wmm的横截面，凸模（1）、上凹模（2）、下凹模（3）以及模膛（4）所形成的模具成型空间的尺寸为Hmm×Wmm×Wmm，模锻时，在通孔中放置入尺寸为Wmm×Wmm×Hmm的坯料，在液压机的带动下使得凸模（1）通过通孔将坯料压下，得到尺寸仍为Wmm×Wmm×Hmm的坯料，使得模锻前坯料的尺寸与模锻后的坯料的尺寸相同。

实现本发明目的的模锻方法包括以下步骤：

①镁铸坯的机械加工：将工业态镁合金铸坯加工成与上述凹模内径相对应的尺寸，即Wmm×Wmm×Hmm的方形坯料；

②坯料的变形：对经过步骤①机械加工的镁合金坯料进行预热，预热温度为340-360℃，保温30-50min；将上述模锻模具固定在锻压机的工作台上，对模具进行预热，将预热好的坯料放入模锻模具的凹模内，在液压机的带动下使得模锻模具的凸模通过通孔将坯料压下，使得在模具的成型空间内得到尺寸仍为Wmm×Wmm×Hmm的预变形镁合金坯料；其中，模锻速率2mm/s，模锻过程中用MoS₂作为润滑剂。

③循环模锻：取出经步骤②变形的镁合金坯料，将其加热至350℃，保温6min，进行下一次模锻，模锻速率2mm/s，模锻过程中用MoS₂作为润滑剂；循环模锻次数为2~6次；

④在循环模锻完成后，将镁合金坯料空冷至室温。

实现本发明目的的坯料重熔方法是从经循环闭式模锻坯料上截取相应尺寸的试样，将试样加热至半固态温度固相线温度以上2~5℃，保温。触变挤压成形是将挤压模具预热到400℃，将重熔坯料置入挤压模具中，挤压成形，制得零件。

本方法的优点是：通过循环闭式模锻制备镁合金半固态坯料，晶粒得到显著细化，力学性能得到提高；能减少铸件的凝固收缩，有效提高零件的致密性及使用性能。

 

附图说明

图1为本发明制备镁合金半固态坯料的模锻模具示意图；

图2为本发明制备镁合金半固态坯料模锻过程示意图；

图3为实施例中用本发明模锻1次产生的晶粒细化效果图；

图4为实施例中用本发明模锻2次产生的晶粒细化效果图；

图5为实施例中用本发明模锻3次产生的晶粒细化效果图；

图6为实施例中用本发明模锻4次产生的晶粒细化效果图；

图7为本发明制备AM60镁合金半固态触变挤压成形的零件；

具体实施方式

本发明将通过以下实施例做进一步说明。

本发明所属实施例是AM60镁合金。

AM60镁合金铸棒准备

本实施例的制备镁合金半固态坯料的循环闭式模锻模具为水平可分凹模，包括均由耐热、抗氧化的模具钢制成的凸模（1）、上凹模（2）、下凹模（3）以及模膛（4），上凹模（2）与下凹模（3）水平地接合并形成可容纳凸模（1）的通孔，通孔具有Wmm×Wmm的横截面，凸模（1）、上凹模（2）、下凹模（3）以及模膛（4）所形成的模具成型空间的尺寸为Hmm×Wmm×Wmm，模锻时，在通孔中放置入尺寸为Wmm×Wmm×Hmm的坯料，在液压机的带动下使得凸模（1）通过通孔将坯料压下，得到尺寸仍为Wmm×Wmm×Hmm的坯料，使得模锻前坯料的尺寸与模锻后的坯料的尺寸相同。

采用上述模锻模具制备AM60镁合金半固态坯料：首先将工业态AM60镁合金铸坯加工成与上述凹模内径相对应80mm×80mm×160mm的方形坯料。对经过机械加工的坯料进行预热至350℃，保温40min；将上述模锻模具固定在锻压机的工作台上，对模具进行预热，将预热好的坯料放入模锻模具的凹模内，在液压机的带动下使得模锻模具的凸模通过通孔将坯料压下，得到尺寸仍为80mm×80mm×160mm的预变形镁合金坯料；模锻速率2mm/s，模锻过程中用MoS₂作为润滑剂。取出经预变形的镁合金坯料，将其加热至350℃，保温6min，进行下一次模锻，模锻速率2mm/s，模锻过程中仍用MoS₂作为润滑剂；循环模锻次数为1次、2次、3次、4次。模锻完成后，空冷至室温。从经1次、2次、3次、4次循环闭式模锻坯料上截取尺寸为f75mm×35mm的试样，将试样加热至即570℃，保温5min。挤压模具预热到400℃，将重熔坯料置入挤压模具中，挤压成形，制得零件。经1次、2次、3次、4次循环闭式模锻获得的半固态组织晶粒尺寸分别为59μm、46μm、36μm、32μm。多次模锻后半固态触变挤压成形的AM60镁合金零件力学性能获得显著提高。