本發(fā)明涉及金屬塑性加工工藝及成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鎂合金材料擠壓成形與改性的差速擠壓成形方法。

背景技術(shù)：

杯形構(gòu)件是航空航天、國防軍工、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域最具代表性的結(jié)構(gòu)形式之一，是反向擠壓技術(shù)的典型制件。對于杯形件制造，大都采用反擠壓成形技術(shù)，反向擠壓技術(shù)是一種先進(jìn)的少切削加工工藝，不僅提高了鍛件的形狀和尺寸精度、節(jié)約了金屬材料，而且因金屬纖維流線呈仿形性而提高了該類零件的機(jī)械性能，具有“高效、優(yōu)質(zhì)、低能耗”的特點，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有很高的使用價值，已成為國內(nèi)外爭相研究的熱點。

鎂合金杯形件采用傳統(tǒng)反擠壓成形的方法，需要多道次鐓粗拔長制坯達(dá)到理想的細(xì)晶強(qiáng)化效果，生產(chǎn)效率低且成形構(gòu)件各向異性明顯，其周向和軸向的抗拉強(qiáng)度相差較大。因此，研究開發(fā)高強(qiáng)韌鎂合金杯狀件新型成形方法具有切實重要的意義。

已公開的中國專利號為ZL201410820158.3專利名稱為“鎂合金杯形構(gòu)件的環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形模具及方法”是一種制備杯狀構(gòu)件的新型成形方法，屬于大塑性變形范疇，相比于傳統(tǒng)反擠壓方法具有很大的技術(shù)優(yōu)勢，成形件的平均等效塑性應(yīng)變可達(dá)傳統(tǒng)反擠壓的2倍以上，其成形力小，變形量大，成形件的等效塑性應(yīng)變分布更加均勻，對于杯形構(gòu)件晶粒細(xì)化和力學(xué)性能的提升具有一定的作用和效果。

但研究發(fā)現(xiàn)，通過專利“鎂合金杯形構(gòu)件的環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形模具及方法”成形的杯形件，筒壁在垂直于金屬流動方向的面上，晶粒呈典型雙模態(tài)晶粒分布。雙模態(tài)晶粒分布是指金屬在擠壓腔內(nèi)錐形凸臺的作用下被壓扁拉長，部分原始粗大晶粒得到顯著細(xì)化，部分粗大的晶粒呈長條狀分布。這與等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)后晶粒分布形態(tài)極為相似。晶粒的雙模態(tài)分布現(xiàn)象致使杯形件筒壁試樣軸向拉伸斷裂機(jī)制為細(xì)晶帶的韌性斷裂伴隨粗晶帶的脆性解理斷裂相結(jié)合的混合斷裂機(jī)制，在一定程度上降低杯狀件的塑性及力學(xué)性能。顯然，筒壁晶粒雙模態(tài)分布制約著高強(qiáng)韌杯形件研發(fā)與生產(chǎn)實踐。就此看來，專利“鎂合金杯形構(gòu)件的環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形模具及方法”存在一定的技術(shù)局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的提供一種鎂合金高性能杯形件的差速擠壓成形方法，該方法能夠來獲得更大的平均等效應(yīng)變，提高晶粒細(xì)化效果，大幅度減小環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形的杯形件的筒壁呈雙模態(tài)晶粒分布，降低筒壁混合拉伸斷裂機(jī)制的發(fā)生率。

為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：

一種鎂合金高性能杯形件的差速擠壓成形方法，其順序包括：

(1)棒材下料；

(2)均勻化熱處理，形成鎂合金毛坯；

(3)成形前準(zhǔn)備：將鎂合金毛坯加熱到成形溫度并保溫，并將差速擠壓成形模具整體預(yù)熱至鎂合金坯料成形溫度以上并保溫；所述的差速擠壓成形模具包括與壓力機(jī)的上部結(jié)構(gòu)連接的上模具組件、與壓力機(jī)下部結(jié)構(gòu)連接的下模具組件以及組合式凹模；所述的上模具組件包括與壓力機(jī)的上工作臺連接的上模板、與上模板相接的上模座套以及上模座套內(nèi)置的沖頭；所述的上模板用緊固螺栓裝配在壓力機(jī)上工作臺上，所述沖頭的上端放置在上模座套的內(nèi)部中心線上，沖頭上端由圓柱銷定位，四周通過內(nèi)六角螺栓把上模座套與上模板固定，使沖頭牢牢緊固于上模座套中；所述的組合式凹模包括，“T”形上凹模和“U”形下凹模，所述的“T”形上凹模內(nèi)部為圓柱形型腔，與沖頭間隙配合，“T”形上凹模上端設(shè)有環(huán)形錐面，與下模座套型腔上端錐面限位配合；所述的“U”形下凹模內(nèi)部為回轉(zhuǎn)體型腔；“T”形上凹模安裝在“U”形下凹模的回轉(zhuǎn)體型腔內(nèi)，回轉(zhuǎn)體型腔和圓柱形型腔共同組成的截面形狀為“山”字形擠壓腔；所述的下模具組件包括下模板座套、下墊板及下模板；所述的下模座套內(nèi)部為圓柱形型腔，型腔內(nèi)部與組合式凹模間隙配合，型腔上端以環(huán)形錐面收口，以對上凹模限位承力；下模座套和下墊板自上而下固定在下模板上。

(4)、安裝模具：將預(yù)熱保溫后的模具安裝在壓力機(jī)上；給組合式凹模內(nèi)腔注入油劑石墨潤滑劑，同時從上凹模頂端小孔自上而下往“山”字形擠壓腔內(nèi)注入油劑石墨潤滑劑；將經(jīng)過均勻化熱處理的鎂合金毛坯放入組合式凹模的上凹模圓柱形型腔內(nèi)；

(5)成形過程：壓力機(jī)帶動上模具組件的上模板、上模座套及沖頭向下運動，擠壓鎂合金毛坯在“山”字形擠壓腔內(nèi)沿型腔流動變形；鎂合金毛坯在圓柱形沖頭壓力的作用下，經(jīng)過三個階段的變形：一是經(jīng)過軸向類似圓柱墩粗變形階段；二是徑向擠壓大變形階段；隨著壓力機(jī)帶動沖頭繼續(xù)向下擠壓，金屬開始沿著“山”字形擠壓腔底徑向擠壓，此過程中，金屬流經(jīng)差速擠壓帶后縮徑擠壓進(jìn)入內(nèi)徑較小的擠壓通道；三是轉(zhuǎn)角擠壓剪切變形階段；壓力機(jī)帶動沖頭繼續(xù)向下擠壓金屬進(jìn)入“山”字形擠壓腔底部圓角區(qū)域，金屬受剪切應(yīng)力作用沿著凹模壁軸向向上流動，形成鎂合金杯形件的筒壁；

(6)擠壓成形完成后：停止壓力機(jī)上工作臺的向下運動；擰緊上模板與下模座套連接的緊固螺栓，松開下模座套、下墊板及下模板連接處的緊固螺栓；壓力機(jī)上工作臺反向向上運動，帶動沖頭上升并與杯形件脫離，同時上模板帶動下模座套上升，與組合式凹模脫離；通過液壓缸頂出缸對頂桿作用，將鎂合金杯形件從組合式凹模中頂出。

本發(fā)明的原理為：設(shè)計了組合式凹模結(jié)構(gòu)，“T”形上凹模內(nèi)腔和“U”形下凹模內(nèi)腔共同形成“山”字形回轉(zhuǎn)體型腔，特別是型腔底部采用了“階梯”式差速擠壓臺階。臺階的長度為a，高為h，上下相鄰臺階過渡帶水平傾角為α，過渡圓半徑為r。所謂的差速，是指“T”形上凹模下端面的“階梯”臺階與對應(yīng)下方位置的“U”形下凹模內(nèi)腔的“階梯”臺階在縱向方向有個錯位差，在擠壓過程中金屬流經(jīng)此區(qū)域時，金屬上下表面沿著臺階流動，流速形成差速。考慮到金屬流動規(guī)律，本發(fā)明采用上下“階梯”臺階縱向錯位距離為半個臺階長度a/2(經(jīng)過Deform-3D有限元模擬，錯位距離為a/2時平均等效塑性應(yīng)變最大)。

通過控制工藝參數(shù)(臺階個數(shù)、臺階長高比a/h、過渡帶傾角α)來改變鎂合金坯料在擠壓變形過程中的受力情況，從而控制金屬應(yīng)力狀態(tài)、等效應(yīng)變量、晶粒細(xì)化程度、塑性變形和組織均勻性等。金屬流經(jīng)“階梯”式差速擠壓臺階后，金屬上下表面受擠壓臺階剪切應(yīng)力的作用；同時由于上下“階梯”式徑向擠壓臺階有個錯位差，導(dǎo)致金屬在此區(qū)域擠壓時上下表面擠壓速度不一致，金屬內(nèi)部也會產(chǎn)生扭矩和剪應(yīng)力；另外，“階梯式”徑向擠壓臺階所構(gòu)成的擠壓區(qū)域為入口口徑大，出口口徑小，金屬在擠壓進(jìn)入此區(qū)域時還受到“階梯式”徑向擠壓臺階軸向擠壓力。

這三個因素共同改變了金屬的應(yīng)力狀態(tài)，致使金屬表面和內(nèi)部都能獲得更大塑性變形量，增加了平均等效應(yīng)變，獲得更高致密結(jié)構(gòu)，組織細(xì)化效果顯著，“階梯式”徑向擠壓臺階有效增加了金屬在擠壓過程中的變形次數(shù)，大幅度破碎了傳統(tǒng)反擠壓工藝杯形件微觀組織為扁平狀細(xì)長條分布，使大小晶粒分布更為均勻，對消除晶粒雙模態(tài)分布現(xiàn)象效果明顯。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的實施例中坯料在擠壓成形時模具工作狀態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的實施例中坯料在待擠壓時模具工作狀態(tài)示意圖；

圖3-1為本發(fā)明所提供的實施例中組合式凹模裝配示意圖；

圖3-2為本發(fā)明所提供的實施例中組合式凹模腔體下端局部放大示意圖；

圖4-1為本發(fā)明所提供的實施例中“階梯”式差速徑向擠壓臺階示意圖；

圖4-2為本發(fā)明所提供的實施例中錯位的“階梯”式差速徑向擠壓臺階示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供的實施例中擠壓件的擠壓變形金屬流動分區(qū)示意圖；

圖6為本發(fā)明所提供的實施例中擠壓成形的鎂合金杯形構(gòu)件示意圖；

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形的杯形件筒壁部位金相顯微組織；

圖8為本發(fā)明所提供的實施例差速擠壓成形的杯形件筒壁部位金相顯微組織；

附圖標(biāo)記：

1-上模板；2-上模座套；3-下模座套；4-“T”形上凹模；5-“U”形下凹模；6-下墊板；7-下模板；8-圓柱銷；9-頂桿；10-螺釘；11-頂塊；12-沖頭；13-壓縮彈簧；14-緊固螺栓；15-豎直方向孔；16-“山”字形擠壓腔；17-差速擠壓臺階；18-環(huán)形凸臺。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1-圖6，本具體實施方式采用以下技術(shù)方案：一種鎂合金高性能杯形件的差速擠壓成形模具，包括與壓力機(jī)的上部結(jié)構(gòu)連接的上模具組件、與壓力機(jī)下部結(jié)構(gòu)連接的下模具組件以及組合式凹模。

請參閱圖1-圖2，所述的上模具組件包括：與壓機(jī)的上部結(jié)構(gòu)連接的上模板1、與上模板1相接的上模座套2以及上模座套內(nèi)置的沖頭12。所述沖頭12的上端放置在上模座套2的內(nèi)部中心。

請參閱圖3-1，所述的組合式凹模，包括“T”形上凹模4和“U”形下凹模5。所述的“T”形上凹模4內(nèi)部為圓柱形型腔，與沖頭12間隙配合，“T”形上凹模4上端設(shè)有環(huán)形錐面，與下模座套3型腔上端錐面限位配合。所述的“U”形下凹模5內(nèi)部為回轉(zhuǎn)體型腔?！癟”形上凹模4安裝在“U”形下凹模5的回轉(zhuǎn)體型腔內(nèi)，圓柱形型腔和回轉(zhuǎn)體型腔共同組成的截面形狀為“山”字形擠壓腔16；“T”形上凹模4上端沿軸向方向設(shè)置等間距的豎直方向孔15，貫穿至“山”字形擠壓腔16，作為潤滑劑流入通道。

請參閱圖3-2，“T”形上凹模4的下端端面截面為“階梯”式差速擠壓臺階17，與之對應(yīng)的下方縱向位置，在“U”形下凹模5的型腔表面也設(shè)置了“階梯”式差速擠壓臺階17?！癟”形上凹模4外側(cè)下端設(shè)有一個環(huán)形凸臺，為杯形件內(nèi)徑的擠壓定徑帶。與之對應(yīng)的橫向位置，在“U”形下凹模5型腔內(nèi)同樣設(shè)置了一段環(huán)形凸臺，為杯形件外徑的擠壓定徑帶，該擠壓定徑帶與“U”形下凹模型腔底部圓角相切連接。

請參閱圖1、圖2，所述的下模具組件包括下模座套3、下墊板6及下模板7，所述的下模座套3內(nèi)部為圓柱形型腔，型腔內(nèi)部與組合式凹模間隙配合，型腔上端以環(huán)形錐面收口，以對“T”形上凹模4限位承力；下模座套3和下墊板6自上而下固定在下模板7上；組合式的“T”形上凹模4、“U”形下凹模5與下墊板6通過圓柱銷8定位，用螺釘10自上而下固定在下模板7上。

所述的下墊板6和下模板7中部均設(shè)有與組合式的“T”形上凹模4、“U”形下凹模5底貫通孔相通的頂桿通孔，所述的頂塊11放置在組合式“U”形下凹模5的內(nèi)腔中，與內(nèi)腔間隙配合，上表面與“U”形下凹模5內(nèi)腔的“階梯”式差速擠壓臺階17水平相接，下表面放置于下墊板6上。頂塊11的下表面開有螺紋孔，與所述的頂桿9螺紋連接。

所述的沖頭12、“T”形上凹模4、“U”形下凹模5的貫通孔、頂桿通孔、頂塊11、頂桿9位于同一軸線上；所述的頂桿9以上下來回伸縮的方式運行于組合式“T”形上凹模4、“U”形下凹模5的貫通孔和頂桿9通孔中。

請參閱圖1、圖2，壓力機(jī)上部結(jié)構(gòu)(圖中未示出)通過緊固螺栓14與上模板1、下模座套3連接，在緊固螺栓14上安裝壓縮彈簧13，位于下模座套3上端與上模板1之間。

請參閱圖1、圖2，一種鎂合金高性能杯形件的差速擠壓成形方法，其步驟包括：

(1)棒材下料；

(2)均勻化熱處理，形成鎂合金坯料。

(3)將圖1、圖2所示的差速擠壓模具整體預(yù)熱至鎂合金成形溫度30℃～50℃以上保溫2h，并將鎂合金坯料加熱到成形溫度350℃并保溫2～4h。將差速擠壓模具按圖1所示裝配在壓力機(jī)上。

(4)松開上模板1與下模座套3連接的螺栓14，壓力機(jī)上工作臺滑塊(圖中未示出)上升帶動上模組件：上模板1、上模座套2、沖頭12隨滑塊一起上升，使沖頭12脫離組合式凹模的內(nèi)腔；從組合式凹模的“T”形上凹模4圓柱形內(nèi)腔口開始，往內(nèi)腔中注入一定的油劑石墨潤滑劑，并從“T”形上凹模4上端的潤滑劑小孔往組合式凹模的“山”字形擠壓腔內(nèi)注入一定量的油劑石墨潤滑劑；將均勻化處理后的350℃鎂合金坯料放入“T”形上凹模4圓柱形內(nèi)腔中；

(5)壓力機(jī)上工作臺滑塊向下運動，帶動沖頭12以0.5～5mm/s的軸向運動速度對組合式凹模內(nèi)腔中的鎂合金坯料進(jìn)行擠壓，使鎂合金坯料在組合式凹模的“山”字形擠壓腔16內(nèi)流動擠壓，(如圖1所示)。由于坯料的直徑小于“T”形上凹模4圓柱形內(nèi)腔，因而在沖頭12的壓力下，金屬最先發(fā)生鐓粗變形填充滿“T”形上凹模4的圓柱形內(nèi)腔部分，金屬的下端隨后發(fā)生變形，隨著沖頭12繼續(xù)向下運動，金屬坯料最終充填在“山”字形擠壓腔16內(nèi)。

(6)壓力機(jī)上工作臺滑塊繼續(xù)向下運動，直至獲得所需要尺寸的鎂合金杯形構(gòu)件，停止壓力機(jī)上工作臺滑塊的向下運動。

(7)將上模板1與下模座套3連接的螺栓14擰緊，松開下模板7與下模座套3連接處的緊固螺栓；壓力機(jī)上工作臺滑塊(圖中未示出)反向向上運動，帶動沖頭12向上運動并與鎂合金杯形成形件脫離，緊固螺栓14帶動下模座套3與組合式凹模的“T”形上凹模4、“U”形下凹模5脫離。

(8)通過液壓機(jī)的頂出缸(圖中未示出)對頂桿9向上推動，將擠壓成形的鎂合金杯形成形件和“T”形上凹模4從“U”形下凹模5的腔內(nèi)頂出；取下“T”形上凹模4，并將其安裝到“U”形下凹模5腔內(nèi)。

(9)壓力機(jī)上工作臺滑塊向下運動，帶動下模座套3向下運動，至下模座套3底部與下墊板6接觸，停止壓力機(jī)上工作臺滑塊向下運動，將下模板7與下模座套3連接的螺栓擰緊。

(10)重復(fù)工序(4)～(9)可連續(xù)不斷地完成杯形件的差速擠壓成形。

實施例：

以制備外徑200mm內(nèi)徑170mm的AZ31鎂合金杯狀件為具體實例。

所采用的坯料尺寸為H＝360mm，直徑D₁＝80mm，“T”形上凹模4內(nèi)腔直徑D₂＝90mm，D₁＜D₂。模具整體預(yù)熱至400℃保溫2h，鎂合金坯料加熱到成形溫度350℃并保溫2～4h。沖頭擠壓速度為1mm/s。

如圖3-1所示，在“T”形上凹模4上端沿軸向等徑開設(shè)4～8個豎直孔作為通入潤滑劑小孔。

如圖3-2所示，“T”形上凹模4的定徑帶長度L2為8.8mm，“U”形下凹模5的定徑帶長度L1為24mm；從有利于金屬流動與提供盡可能大的擠壓力角度考慮，“T”形上凹模4下端的定徑帶與水平底面連接面為斜面，斜面與水平方向呈45°，“T”形上凹模4和“U”形下凹模5的環(huán)形凸臺18與通道壁用斜面連接，斜面與豎直或者水平通道壁的夾角均為45°，凸臺的高度為5mm左右；“U”形下凹模5腔內(nèi)底部圓角半徑R＝20mm，以方便實現(xiàn)金屬在底部圓角區(qū)域產(chǎn)生大的剪切變形。圖3-2中展示的“山”字形擠壓腔壁未特別說明的所有過渡斜面的傾角均為45°。

請參閱圖4-1，圖4-1為“山”字形擠壓腔16底部的“階梯”式差速擠壓臺階17，臺階長a＝6mm，高h(yuǎn)＝4mm，過渡圓半徑r＝4mm，臺階個數(shù)取值3～4個。從有利于金屬在擠壓過程中沿著臺階逐個向前擠壓，而不至于形成死角、折疊和褶皺等方面考慮，相鄰的水平臺階的連接處的斜面與水平方向傾角大小采用45°；請參閱圖4-2，“T”形上凹模4下端面的差速擠壓臺階17與對應(yīng)的“U”形下凹模5腔內(nèi)的差速擠壓臺階17，在縱向方向上有錯位差，錯位差為半個臺階的長度a/2＝3mm。圖3-2中展示的“山”字形擠壓腔壁未特別說明的所有過渡斜面的傾角均為45°。

上述“階梯”式差速徑向擠壓臺階的設(shè)計，主要作用是對進(jìn)入“山”字形型腔16底部的金屬施加擠壓，改變其應(yīng)力狀態(tài)，增大變形。主要效果有三：

一是，金屬在流經(jīng)“階梯”式徑向差速擠壓臺階17時，與差速擠壓臺階17的凸臺相互作用，金屬上下表面受到差速擠壓臺階17的剪切力作用；

二是，“階梯”式差速徑向擠壓臺階為入口大出口小的通道，在金屬擠壓過程中金屬會受到擠壓臺階軸向上的擠壓力作用；

三是，上下差速擠壓臺階在縱向上有個錯位差，這個錯位差在金屬擠壓過程中不但增加了金屬上下反復(fù)擠壓變形的次數(shù)，而且因為金屬與錯位臺階接觸后，上下表面形成流速差，從而在金屬內(nèi)部產(chǎn)生一定的扭矩，使其內(nèi)部也受到剪應(yīng)力作用。

本發(fā)明的“階梯”式差速擠壓臺階17，改變了金屬的應(yīng)力狀態(tài)，極大地提高了擠壓金屬的塑性變形量。由于傳統(tǒng)反擠壓工藝杯形件微觀組織為扁平狀細(xì)長晶粒，組織各向異性較大，且環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝的擠壓件側(cè)壁晶粒呈雙模態(tài)分布，削弱了擠壓件的綜合性能，而本發(fā)明的“階梯”式差速擠壓臺階的設(shè)計，極大地破碎了細(xì)長的大晶粒，使大小晶粒細(xì)化更為均勻，對消除晶粒雙模態(tài)分布效果明顯。

請參閱圖5，圖5為本發(fā)明擠壓金屬變形時金屬流動分區(qū)示意圖。鎂合金毛坯在圓柱形沖頭壓力的作用下，經(jīng)過三個階段的變形：一是經(jīng)過軸向類似圓柱墩粗變形階段；二是徑向擠壓大變形階段。隨著壓力機(jī)帶動沖頭12繼續(xù)向下擠壓，金屬開始沿著在“山”字形擠壓腔16底徑向擠壓，進(jìn)入“階梯”式差速徑向擠壓區(qū)；此過程中，金屬通過差速擠壓帶后縮徑擠壓進(jìn)入內(nèi)徑較小的擠壓通道；三是轉(zhuǎn)角擠壓剪切變形階段。隨著壓力機(jī)帶動沖頭繼續(xù)向下擠壓，金屬在圓角變形區(qū)金屬從徑向流動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流動，發(fā)生極大的剪切變形。

本發(fā)明與鎂合金杯形件傳統(tǒng)擠壓方法及環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形方法相比，具有以下有益效果：

(1)提高鎂合金的成形能力。鎂合金為低塑性材料，即便是在高溫下成形，也極易開裂。本發(fā)明的“山”字形擠壓腔有效提高了擠壓件的內(nèi)部靜水壓力，極大幅度提高鎂合金材料的塑性。

(2)獲得高致密結(jié)構(gòu)，細(xì)化晶粒效果更顯著，獲得更大平均等效應(yīng)變，形變強(qiáng)化效果更加顯著。本發(fā)明的“山”字形擠壓腔底“階梯”式差速擠壓臺階大幅度增加了金屬在“階梯”式差速徑向擠壓區(qū)反復(fù)擠壓變形的次數(shù)，使金屬在流動過程中反復(fù)與錯位的“階梯”式差速擠壓臺階發(fā)生交互作用，使表面與內(nèi)部受到更多的剪切力和軸向擠壓力，改變了鎂合金材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，使其產(chǎn)生極大的變形量。金屬經(jīng)歷“階梯”式差速擠壓區(qū)與隨后的底部圓角剪切變形區(qū)后，可極大程度的焊合擠壓件的內(nèi)部孔隙、破碎變形體內(nèi)部鑄態(tài)組織、細(xì)化晶粒至亞微米及甚至納米級、形成大角度晶界結(jié)構(gòu)，獲得高致密結(jié)構(gòu)，大幅度增強(qiáng)鎂合金材料的形變強(qiáng)化效果。

(3)對消除晶粒雙模態(tài)分布效果明顯，有效降低成型件筒壁混合拉伸斷裂機(jī)制的發(fā)生率。傳統(tǒng)反擠壓杯形件筒壁微觀組織為拉長的細(xì)長晶粒，各向異性較明顯。環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓而成的杯形件筒壁晶粒呈雙模態(tài)分布，在一定程度上降低杯狀件的塑性及力學(xué)性能。本發(fā)明針對上述工藝的這些不足，通過錯位的“階梯”式差速擠壓臺階反復(fù)擠壓和破碎粗大晶粒以及被拉長的細(xì)長晶粒，從而大幅度減少筒壁徑向晶粒雙模態(tài)分布，有效提高杯形構(gòu)件的綜合力學(xué)性能。

(4)工藝參數(shù)可控性強(qiáng)，能夠擠壓出不同性能要求和規(guī)格的鎂合金杯形構(gòu)件。通過控制“階梯”式差速擠壓臺階的工藝參數(shù)：臺階個數(shù)、臺階長高比a/h、過渡帶傾角α來改變鎂合金坯料在擠壓變形過程中的受力情況，從而控制金屬應(yīng)力狀態(tài)、等效應(yīng)變量、晶粒細(xì)化程度、塑性變形和組織均勻性等。

(5)縮短了高性能鎂合金杯形件的制作流程：傳統(tǒng)反擠壓成形高性能鎂合金杯形件前，坯料為細(xì)長圓柱體，必須通過多道次圓柱墩粗制坯，本發(fā)明可以直接擠壓成形高徑比大于3的坯料而不發(fā)生失穩(wěn)彎曲，從而省去了墩粗工序。直接利用軸向壓力、徑向壓力、及切向剪切力的共同作用就可獲得極大的塑性變形，有助于破碎樹枝狀組織及雜質(zhì)，大幅度提高鎂合金材料形變強(qiáng)化效果，獲得硬度高，各向異性小，組織相對均勻，晶粒顯著細(xì)化，綜合力學(xué)性能更加優(yōu)異的高性能鎂合金杯形件。

(6)通過Deform-3D有限元模擬軟件進(jìn)行模擬對比，驗證了本發(fā)明的新型差速擠壓杯形件能夠獲得更大的塑性變形量，有更多的金屬在塑性變形過程中參與更大形變的流動。模擬參數(shù)設(shè)置方面，材料導(dǎo)入的是AZ80的參數(shù)模型，溫度為380℃，網(wǎng)格劃分為20000，沖頭速度為1mm/s，摩擦系數(shù)為0.25。從模擬結(jié)果可以直觀地看出，環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形的杯形件平均等效應(yīng)變值(AVG)為4.01，而本發(fā)明的新型差速擠壓杯形件平均等效應(yīng)變值(AVG)高達(dá)4.89，顯然，本發(fā)明的新型差速擠壓杯形件的平均等效應(yīng)變值顯著大于環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓。從而證實了通過本發(fā)明的新型差速擠壓方法制備的杯形件能夠獲得更大的塑性變形量。從變形的程度方面，從云圖上可直觀地觀察出，差速擠壓的筒壁外壁與內(nèi)壁的顏色幾乎是一致的，而環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓則是從外向內(nèi)逐漸降低。這說明多階梯的差速擠壓成形方法可以使金屬在塑性變形過程中“擠透”，也就是說可以使盡可能多的金屬在塑性變形過程中參與更大形變的流動。

(7)通過實驗及顯微組織分析對比，驗證了本發(fā)明的新型差速擠壓成形方法對消除晶粒雙模態(tài)分布效果明顯。分別采用環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形方法和本發(fā)明的差速擠壓成形方法制得外徑200mm內(nèi)徑170mm的AZ31鎂合金杯狀件(上述的具體實施方式部分采用的具體實例)，成型件進(jìn)行解剖，分別取試樣筒壁部位垂直于金屬流動方向的面(試樣底部端面)在蔡司金相顯微鏡下進(jìn)行顯微組織觀察，圖7、圖8分別為環(huán)形通道轉(zhuǎn)角擠壓成形、新型差速擠壓成形的杯形件筒壁部位垂直于金屬流動方向的面金相顯微組織照片。從金相顯微組織照片可以很直觀地看出，采用新型差速擠壓成形方法后的杯形件筒壁部位晶粒雙模態(tài)分布現(xiàn)象明顯消除。

(8)本發(fā)明為鎂合金杯形構(gòu)件提供了一種短流程、高性能、可控性強(qiáng)的制造方法，為制備超細(xì)晶高性能杯形件提供了參考。隨著航空航天、國防軍工、交通運輸?shù)妊b備的輕量化水平提高，速度、可靠性、承載能力等戰(zhàn)技指標(biāo)要求也日益提升，對硬度高、承載能力強(qiáng)、組織相對均勻、各向異性小、綜合力學(xué)性能更加優(yōu)異的超細(xì)晶高性能鎂合金杯形件的需求越來越大，綜合性能要求越來越高，本發(fā)明應(yīng)用前景將越來越好。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。