正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓的擠壓模具及擠壓加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，涉及一種正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓同步制備Mg-Nd-Zn-Zr合金的擠壓模具。以及一種Mg-Nd-Zn-Zr合金材料的改性方法，具體的說(shuō)是一種提 高M(jìn)g-Nd-Zn-Zr合金組織和性能的正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 等通道轉(zhuǎn)角擠壓是通過使材料在兩個(gè)等徑通道拐角處產(chǎn)生的近乎純剪切作用，使 材料的晶粒得到細(xì)化，從而改善材料塑性的有效方法。然而，一方面采用該方法制備的合金 棒材組織具有較強(qiáng)的織構(gòu)，降低了棒材擠壓方向的強(qiáng)度；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)等通道轉(zhuǎn)角擠壓方 法制備的棒材長(zhǎng)度通常較短。為了弱化合金棒材的織構(gòu)，可在等通道轉(zhuǎn)角擠壓前，對(duì)合金棒 材進(jìn)行正向擠壓，該擠壓方法是將棒料放置于擠壓筒內(nèi)，然后在擠壓筒的末端放置模具，再 通過對(duì)擠壓筒內(nèi)的棒料施加一定壓力，使得棒料通過模具上開的模孔，進(jìn)而形成所需棒材。 由于分步進(jìn)行正向擠壓和等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程中，不僅坯料和模具的預(yù)熱次數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)， 而且多次預(yù)熱坯料也會(huì)使合金組織粗化，降低合金的強(qiáng)度。因此，分步進(jìn)行正向擠壓和等通 道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0003] Mg-Nd-Zn-Zr合金是一種高強(qiáng)度耐熱鎂合金，已用于制造直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)后減速 機(jī)匣、飛機(jī)機(jī)翼翼肋和液壓恒速裝置支架等零件，并可廣泛用來(lái)制造各種受力構(gòu)件。但是， 隨著航空工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鎂合金的機(jī)械性能提出了更高的要求，亟需找到一種有效提 高鎂合金機(jī)械性能的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明將正向擠壓與等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)結(jié)合，開發(fā)出一種 正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓同步制備Mg-Nd-Zn-Zr合金的擠壓模具。其中擠壓過程要在 等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程之前進(jìn)行。該模具工作時(shí)，坯料先進(jìn)行正向擠壓，擠壓棒材的長(zhǎng)度大幅 增加，隨后連續(xù)進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓。該擠壓模具將兩個(gè)擠壓過程結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)了擠壓 棒材的連續(xù)生產(chǎn)，解決了以往等通道轉(zhuǎn)角擠壓棒材長(zhǎng)度較短的問題，減少了模具和坯料的 加熱次數(shù)和時(shí)間，避免了二次加熱時(shí)組織粗化，提高了Mg-Nd-Zn-Zr合金的強(qiáng)度和塑性。
[0005] 本發(fā)明的正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓同步制備Mg-Nd-Zn-Zr合金的擠壓模具包 括壓頭、套筒、模體和底座。所述壓頭與套筒配合，配合間隙為0.2mm~0.5mm，壓頭中間部分 尺寸略小，以減小壓頭與套筒內(nèi)壁之間的摩擦阻力。所述套筒與所述模體配合，配合間隙為 0.2mm~0.5mm，為使擠壓過程中套筒不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒的頂部采用平鍵與模體進(jìn)行固定。所 述底座與模體配合，配合間隙為〇.lmm~0.2mm，底座由對(duì)稱的兩部分組成，等通道轉(zhuǎn)角度數(shù) Φ為60°~120°。由于所述正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓同步制備Mg-Nd-Zn-Zr合金的擠壓 模具具有以上特征，能夠?qū)崿F(xiàn)正向擠壓與等通道轉(zhuǎn)角擠壓連續(xù)進(jìn)行。
[0006] 所述擠壓模具全部零件均可更換尺寸并進(jìn)行替換。更換不同內(nèi)腔尺寸的套筒2的 同時(shí)需要更換相應(yīng)尺寸的壓頭1，可實(shí)現(xiàn)擠壓不同尺寸的合金料坯，以及控制擠壓比，延長(zhǎng) 模具使用壽命。所述底座4由對(duì)稱的兩部分組成，更換不同通道尺寸和角度的底座，可實(shí)現(xiàn) 等效應(yīng)變的控制，獲得多種尺寸的擠壓棒材，延長(zhǎng)模具使用壽命。將模具按比例放大，且保 證模具各部件配合間隙尺寸不變，在模體外徑為l〇mm~500mm的范圍內(nèi)，該模具可用于實(shí)驗(yàn) 室，采用100噸~500噸的擠壓機(jī)擠壓Mg-Nd-Zn-Zr合金，在模體外徑為500mm~5000mm的圍內(nèi)， 該模具可用于工業(yè)化生產(chǎn)，采用500噸~10000噸的擠壓機(jī)擠壓Mg-Nd-Zn-Zr合金。
[0007] 本發(fā)明還同時(shí)提供了一種提高M(jìn)g-Nd-Zn-Zr合金組織和性能的正向擠壓聯(lián)合等通 道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法。技術(shù)方案是:一種提高M(jìn)g-Nd-Zn-Zr合金組織和性能的正向擠壓聯(lián)合 等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法，其特征是首先將Mg-Nd-Zn-Zr合金預(yù)熱至350~450°C，然后將達(dá) 到預(yù)熱溫度的Mg-Nd-Zn-Zr合金送入已預(yù)熱至350~450°C的正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓 模具的套筒內(nèi)腔，隨后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為2~30mm/s。
[0008] 本發(fā)明通過大量的實(shí)驗(yàn)為Mg-Nd-Zn-Zr合金提供了一種有效提高其組織與性能的 正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法，即通過對(duì)Mg-Nd-Zn-Zr合金的預(yù)熱溫度和擠壓模 具的預(yù)熱溫度、擠壓速度的選擇，解決了材料的擠壓斷裂問題。經(jīng)過本方法處理的Mg-Nd-Zn-Zr合金內(nèi)部缺陷減少，改善了合金組織，從而提高其性能，抗拉強(qiáng)度提高70%~100%，塑性 提高50%~80%。
[0009]
【附圖說(shuō)明】： 圖1是本發(fā)明擠壓模具的裝配圖。圖2是附圖1的俯視圖。圖3是底座的零件圖。圖4是壓 頭的零件圖。圖5是本發(fā)明未經(jīng)改性的Mg-Nd-Zn-Zr合金微觀組織的典型金相照片。圖6是采 用正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓加工方法制備的Mg-Nd-Zn-Zr合金微觀組織的典型金相照 片。
[0010]
【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。
[0011]如附圖1所示，一種正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓同步制備Mg-Nd-Zn-Zr合金的擠 壓模具，主要包括壓頭1、套筒2、模體3和底座4。
[0012] 本發(fā)明所述的正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，采用石墨粉潤(rùn)滑，其壓頭通過 液壓驅(qū)動(dòng)，在套筒的縱向通道內(nèi)移動(dòng)，套筒的縱向通道內(nèi)放有待擠壓的坯料，壓頭推動(dòng)擠壓 坯料經(jīng)過套筒的縱向通道后，通過變形過程，進(jìn)入到底座中，完成擠壓棒材的正向擠壓成型 過程，壓頭繼續(xù)推動(dòng)擠壓坯料，已成型的擠壓棒材經(jīng)過底座中的L型通道，完成擠壓棒材的 等通道轉(zhuǎn)角擠壓成型過程，使擠壓棒材的組織得到細(xì)化，從而改善材料的機(jī)械和物理性能。
[0013] 本發(fā)明所述的正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，加工制造簡(jiǎn)單，各部件均可更 換，降低因?yàn)槟p而產(chǎn)生的損失，使模具的總體使用壽命增加，降低成本，并且，通過更換各 組成部件能適應(yīng)各種尺寸的原始坯料。
[0014] 上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明的具體實(shí)施方 式是將坯料加熱至指定溫度，放入套筒2中間的方形溝槽中，壓頭1施加壓力將坯料壓入底 座4中，坯料開始進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程，從模體的出料口處得到最終產(chǎn)品。本發(fā)明涉及 的Mg-Nd-Zn-Zr合金化學(xué)成分如下表。
[0015] 表 2-1 Mg-Nd-Zn-Zr 合金的化學(xué)成分(wt.%)
具體實(shí)施例1:將Mg-Nd-Zn-Zr合金，將合金先預(yù)熱至350°C，擠壓模具預(yù)熱至350°C，用 石墨粉作為潤(rùn)滑劑，擠壓速度為2~30mm/s，加工得到的合金未出現(xiàn)擠壓裂紋及斷裂現(xiàn)象?？?拉強(qiáng)度由160MPa~180MPa提高至285MPa~335MPa。
[0016] 具體實(shí)施例2:將Mg-