專利名稱：測定鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能的試樣制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測定鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能的試樣制備方法，屬于半固 態(tài)注射成形測試技術領域。
背景技術：
鎂合金的半固態(tài)注射成形與傳統(tǒng)的壓鑄相比，由于無需金屬熔化和澆注等工序， 生產(chǎn)過程清潔，安全節(jié)能，原材料損耗大為減少，成型產(chǎn)品尺寸精度高，內(nèi)部致密、缺陷少， 尤其適合于薄壁件的成型，因而具有一系列特點和優(yōu)點。1991年美國DOW公司為該法申請 了專利，并與數(shù)家公司聯(lián)合成立了 Thixmat公司，于當年4月推出了世界上第一臺商業(yè)化機 器半固態(tài)注射成形機，揭開了鎂合金半固態(tài)成形工藝商業(yè)化進程的序幕，自此，鎂合金半固 態(tài)注射成形在美國、日本、中國和中國臺灣被廣泛應用于鎂合金3C產(chǎn)品組件及汽車零件的 生產(chǎn)。半固態(tài)注射成形制品的力學性能關系到制品的堅固性、耐用性、使用壽命和可靠 性，是鎂合金制品質(zhì)量的關鍵性能指標。但是，半固態(tài)注射成形制品的力學性能至今尚無可 行的實驗方法和可靠的測定數(shù)據(jù)。雖然現(xiàn)有的文獻中有鑄造和壓鑄鎂合金的力學性能數(shù) 據(jù)，但液態(tài)金屬的鑄造和壓鑄的工藝條件與半固態(tài)注射成形的工藝條件有很大差別，它們 力學性能的偏差往往在30%以上，因此用鑄造或壓鑄鎂合金的力學性能根本無法準確的標 定和說明半固態(tài)注射成形鎂合金制品的力學性能?，F(xiàn)在，半固態(tài)注射成形鎂合金制品力學性能的測定通常只能采用從半固態(tài)注射成 形鎂合金制品上直接截取試樣來測量的方法。但半固態(tài)注射成形鎂合金制品往往形狀復 雜，厚度不一，而且模型的形狀復雜，工藝條件不斷變化，也不是在固定模型、固定工藝條件 下制備的，這樣取實樣測出的力學性能數(shù)據(jù)波動性大，可靠性差，數(shù)據(jù)受工藝條件影響大， 不能準確地反映半固態(tài)注射成形鎂合金制品的力學性能，這給半固態(tài)注射成形鎂合金力學 性能的評定以及評估鎂合金材料在半固態(tài)射出成形技術中所能達到的力學性能帶來困難， 也難以為部件的設計提供準確的參考數(shù)據(jù)，給制品生產(chǎn)者和使用者之間也會帶來爭議和困 惑。20081006441. 2的發(fā)明專利申請?zhí)岢隽艘环N半固態(tài)成形用鎂合金及其半固態(tài)坯料 制備方法，200820080909. 2的實用新型專利提出了“半固態(tài)擠壓鑄造鋁合金活塞的模具”等 等，但這些現(xiàn)有的技術都只涉及半固態(tài)坯料的制備或輕合金工件制備的模具，至今涉及鎂 合金半固態(tài)成形制品的力學性能測定方法與試樣制備鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)鎂合金半固態(tài)注射成形制品準確反映并評定其力學性能的要求，克服現(xiàn)在采 用從制品上截取力學性能試樣，測定的數(shù)據(jù)波動，準確性和可靠性差的缺點和不足，本發(fā)明 的目的在于提出一種在專門的模具和固定工藝條件下能較好地反映鎂合金半固態(tài)注射成 形制品所能達到的力學性能的試樣制備的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的核心思想是利用鎂合金半固態(tài)注射成形機和專用的 模具來制取用以測定其力學性能的試樣。首先設計專用的力學性能試樣模具(另案申請)，然后將力學性能試樣模具與半 固態(tài)注射成形機組合起來，在半固態(tài)注射成形模內(nèi)嵌入帶有力學性能試樣型腔的模仁，使 模仁固定在半固態(tài)成形的?？蛑?，力學性能試樣型腔的模仁又設計成不同厚度的(1mm 3mm)若干條杠鈴形的力學性能試樣薄片，借以檢測試樣厚度對力學性能的影響。從而在半 固態(tài)注射成形工藝條件下將半固態(tài)鎂合金料漿注入試樣型腔，制取不同厚度的鎂合金半固 態(tài)注射成形力學性能試樣。同時，為確保試樣的致密和無缺陷，以保證性能數(shù)據(jù)的可靠性和 重復性在模具上加設了抽真空裝置，從而得到真空條件下不同厚度的致密細晶的鎂合金半 固態(tài)注射成形力學性能試樣，從而得到準確度高、重復性好，數(shù)據(jù)波動小的鎂合金半固態(tài)注 射成形制品的力學性能，實現(xiàn)更好的評估鎂合金材料在半固態(tài)注射成形技術所能達到的力 學性能。本發(fā)明專用力學性能試樣的模仁如圖1所示。它是由澆口套、定位環(huán)、分流錐、流 道、母模仁、公模仁、母模抽真空入子、公模抽真空入子、頂針組成。澆口套、定位環(huán)，分流錐 和流道構成鎂合金料漿的注入澆道，合金料漿在機械壓力下，經(jīng)澆口套，通過分流錐注入流 道和型腔的。定位環(huán)用作固定澆口套，分流錐的作用是分流合金液進入流道和型腔。流道 為合金液進入型腔的入口，也起著力學性能試樣冒口的作用。由公模仁和母模仁組成力學 性能試樣型腔內(nèi)模的主體，在公模仁上表面加工出若干條杠鈴狀不同厚度力學性能試樣薄 片的模具型腔槽，而母模仁的下表面為平滑的表面，公模仁和母模仁相合后，則構成了力學 性能片狀試樣的模具。在型腔末端波紋型腔處，由公模抽真空入子和母模抽真空入子構成 排氣孔，直通波紋型腔，排氣孔連接抽真空裝置，在制取試樣時，先對型腔抽真空，然后在機 械壓力下，合金液經(jīng)澆口套、分流錐、流道進入型腔，冷凝后即成為在真空條件下半固態(tài)注 射成形的鎂合金力學性能試樣。頂針的功能是在成形分模后，借液壓頂出頂針從而將試樣 取出。所述的力學性能試樣型腔的模仁是通過鑲嵌和螺栓方式與半固態(tài)注射成形機外 模固結組合，組合圖如圖1所示。圖1中粗實線所標示的是力學性能試樣的型腔模仁系統(tǒng)。 在外模(或稱模框)則通過螺栓與母模板和母模固定板鑲嵌固結，公模仁通過螺栓與模腳、 頂針板、頂針背板、公模固定板鑲嵌固結。復位桿和彈簧用作整體模具的定位，分合與復位。 力學性能試樣型腔的內(nèi)模工作時，其母模仁為定模，它通過?？蚬潭ㄔ诎牍虘B(tài)注射成形機 的定模固定板上，它的下底面為平面，構成力學性能型腔的上表面。公模為動模，它通過模 框固定在半固態(tài)注射成形機的動模固定板上，工作啟動后，動模機械移動并與定模合攏。動 模上包括流道力學性能試樣，渣包和抽真空排氣片的流動性型腔如圖1所示。該型腔流道 從進口總流道再分流為四個分流道分別連結厚度為(l，1.5，2，3mm)以杠鈴形力學性能試 樣薄片型腔，再分別經(jīng)渣包再合流，最后連結抽真空排氣片型腔。制備試樣時，半固態(tài)合金 料漿由機械閥桿壓入注入，經(jīng)澆口套和分流錐向的入口，通過澆口流道進入型腔，料漿流入 型腔后迅速凝固，機械操作打開動模，啟動頂針，將力學性能試樣模樣頂出，取好力學性能 試樣，通過力學性能試驗機測定試樣的力學性能。本發(fā)明所述的試樣的制備步驟是①將鎂合金力學性能試樣型腔的模仁通過鑲嵌 和螺栓的方式固結在半固態(tài)注射成形機專用?？蛏希M合成力學性能試樣模仁；②將鎂合金屑粒(直徑約為Φ1-2πιπι，長度約為3-5mm)在一定溫度上加熱使其處于半固態(tài)半熔融 的料漿狀態(tài)，(不同鎂合金，其料管加熱溫度不同，如AZ91D鎂合金適宜的料管加熱溫度為 600°C，AM60鎂合金其適宜的料管加熱溫度為610°C )；③在其真空機組將內(nèi)模抽成真空后， 再用鎂合金半固態(tài)注射成形機將半固態(tài)鎂合金液注入模具。操作時，固定料管加熱溫度、模 具加熱溫度、注射速度、脫模劑種類及配比等工藝條件，待鎂合金固結成形后，脫模，截取不 同厚度的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能試樣，再測定它們的力學性能。模芯材料等用高溫模具鋼制作，以保證模具高溫操作的可靠性與壽命。由本發(fā)明所提供的測定的鎂合金注射成形的力學性能數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、準確。不同 試樣和不同厚度樣品測出的力學性能波動很小，能較好的反映和評估鎂合金材料在半固態(tài) 注射成形中所能達到的力學性能。(詳見實施例2. 3. 4)而表1對比列出實物取樣所測定 的AZ91D鎂合金的力學性能。從表1可以看到不同試樣，其性能波動大，而不同厚度的樣 品它們的數(shù)據(jù)波動更大。如厚度為3. Omm的樣品與厚度為1. Omm的樣品，它們的抗拉強度 相差> 37%，而非比例強度也相差> 24%。同時，本發(fā)明所提供的鎂合金試樣晶粒組織細小均勻(具備了 )這樣能更好地保 證鎂合金力學性能的穩(wěn)定和可靠。因此本發(fā)明能更好的反映在半固態(tài)注射成形條件下鎂合 金的力學性能，適用于測定各種鎂合金在半固態(tài)成形條件下不同壁厚的制品所能達到的力 學性能。


以下通過附圖進一步說明本發(fā)明專利的特點和進步。圖1本發(fā)明提供的力學性能試樣的模仁；圖中，1.澆口套；2.定位環(huán)；3.母模固定板；4.母模板；5.母模仁；6.公模仁； 7.分流錐；8.頂針；9.公模板；10彈簧；11.復位桿；12.模腳；13.頂針板；14.頂針背板； 15.公模固定板；16.公模抽真空入子；17.母模抽真空入子；18.型腔；19.流道；20.渣包 型腔；21.抽真空排氣片型腔；圖2本發(fā)明提供的力學性能試樣的型腔模仁設計(a)為正視圖(b)為A-A剖視示 意圖。
具體實施例方式結合附圖進一步闡述本發(fā)明實質(zhì)性的特點和顯著的進步，但決非僅局限于實施 例。實施例1圖1是本發(fā)明專利力學性能試樣的模仁，它是由嵌入半固態(tài)注射成形機與力學性 能試樣的型腔模仁構成。所述的鎂合金力學性能的型腔模仁設計成四條厚度分別為1、1. 5、 2和3mm的杠鈴狀力學性能試樣薄片，分別與進口流道和四分流道相連，再經(jīng)過渣包型腔 20，分流再合流，最后與抽真空排氣片型腔21連通。力學性能試樣模仁是由澆口套1，定位 環(huán)2，分流錐7，流道19，母模仁5，公模仁6，型腔18，頂針8，公模抽真空入子16，母模抽真 空入子1 7等組成。澆口套1，定位環(huán)2，分流錐7，流道19等構成鎂合金漿液的注入澆道， 鎂合金漿液在機械推力下，經(jīng)澆口套1通過分流錐7注入流道19和型腔18。定位環(huán)2用作固定澆口套1，流道19為合金漿液進入型腔18的入口。由公模仁6和母模仁5組成力學性 能試樣型腔內(nèi)模的主體，在公模仁6上表面加工出不同厚度的杠鈴狀力學性能試樣薄片的 型腔槽，而母模仁5的下表面則為平滑的表面，公模仁6和母模仁5相合后，則構成了力學 性能試樣的模具。在機械推力下，合金漿液經(jīng)澆口套1，分流錐7，流道19進入型腔18，冷凝 后即得到四種厚度的力學性能測試樣品。頂針8的功能是在成形分模時，借液壓頂出頂針 從而將試樣取出。公模抽真空入子16和母模抽真空入子17構成內(nèi)模抽真空時的抽氣通道，用于合 金漿液推入內(nèi)模前，將內(nèi)模抽成真空，再進行鎂合金的注射成形操作。所述的鎂合金力學性能試樣模仁是通過鑲嵌和螺栓固結將鎂合金力學性能試樣 型腔的模仁與半固態(tài)注射成形機專用模框固結，組成力學性能試樣制備整體系統(tǒng)。在?？?部分，母模仁5通過螺栓與母模板4，母模固定板3鑲嵌固結，公模仁6則通過螺栓與模腳 12，頂針板13，頂針背板14，公模固定板15鑲嵌固結。復位桿11和彈簧10用作整體模具 裝置的定位，分合和復位。當鎂合金漿液經(jīng)半固態(tài)注射成形在力學性能型腔固結成形后，取出四種厚度的力 學性能試樣薄片，測定其抗拉強度ob，非比例強度0(|.2和延伸率S，可準確可靠地測定了 鎂合金半固態(tài)注射成形不同壁厚制品所能達到的基本力學性能。實施例2采用本發(fā)明提供的測定鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能試樣的制備方法中，使用 日本JSW公司幾M220型鎂合金半固態(tài)注射成形機將半固態(tài)鎂合金液射入模具。操作時的 工藝參數(shù)如下模具加熱器的設定溫度動模200°C，定模200°C。脫模劑采用Acheson CP503，稀釋倍率1 60。成型機參數(shù)設定料管加熱溫度600°C，一段射出速度設定為55%，二段射出速度 設定為22%。注射鎂合金液時，不抽真空。鎂合金屑粒為南京華宏新材料有限公司生產(chǎn)的AZ91D屑粒(直徑約為4 l-2mm, 長度約為3-5mm)共注射三批試樣，得到厚度為1. 0,1. 5,2. 0,3. 0mm的力學性能薄片試樣各 三塊，截取樣品，測定它們的力學性能。表2為采用本發(fā)明提供的力學性能試樣型腔，但不抽真空條件下，經(jīng)半固態(tài)注射 成形所得的鎂合金試樣的力學性能。從表2可知不抽真空的半固態(tài)注射成形試樣的力學性能，在強度上高于從制品 上實物取樣的結果，特別在壁厚較厚度時，強度增加更為明顯，而且數(shù)據(jù)穩(wěn)定，波動小。實施例3采用本發(fā)明提供的測定鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能試樣的制備方法中，用日 本JSW幾M220型鎂合金半固態(tài)注射成形機，在注射鎂合金液前，將試樣內(nèi)模型腔先抽成真 空，再將半固態(tài)鎂合金液射入模具。操作是的工藝參數(shù)如下模具加熱器的設定溫度動模200°C，定模200°C。脫模劑采用Acheson CP503，稀釋倍率1 60。成型機參數(shù)設定料管加熱溫度600°C，一段射出速度設定為55%，二段射出速度 設定為22%
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鎂合金屑粒為南京華宏新材料有限公司生產(chǎn)的AZ91D屑粒(直徑約為4 l-2mm, 長度約為3-5mm)，共注射三批試樣，得到厚度為1. 0,1. 5,2. 0,3. 0mm的力學性能薄片試樣 各三塊，截取樣品，測定它們的力學性能。表3為采用本發(fā)明提供的力學性能試樣型腔，先抽真空后再經(jīng)半固態(tài)注射成形所 得的鎂合金試樣的力學性能。從表3可知本發(fā)明提供的半固態(tài)注射成形的AZ91D鎂合金 的力學性能，其強度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，波動小，即使是不同厚度的鎂合金試樣其力學性能也十 分相近，說明本發(fā)明專利提供的測試方法和試樣能可靠，穩(wěn)定地反映鎂合金半固態(tài)注射成 形所能到達的力學性能，能更好地標定和評估鎂合金半固態(tài)注射成形制品的力學性能。表1.AZ91D鎂合金注射成形制品實物取樣片狀的力學性能(執(zhí)行標準GB/ T228-2002，試驗速度2mm/ 分，標距40mm) 表2不抽真空時AZ91D鎂合金注射成形試樣的力學性能(執(zhí)行標準GB/ T228-2002，試驗速度2mm/分，標距40mm) 表3.本發(fā)明專利AZ91D鎂合金抽真空后注射成形試樣的力學性能(執(zhí)行標準
權利要求
一種鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征在于①將力學性能試樣型腔的模仁通過鑲嵌和螺栓方式與鎂合金半固態(tài)注射成形機?？蚬探Y，組合成力學性能試樣模仁；②將鎂合金屑粒加熱，使?jié){料處于半固態(tài)半熔融的狀態(tài)；③將步驟1所述的固結組合抽成真空后，再將步驟2所述的半固態(tài)半熔融的鎂合金料漿注入模具，控制固定料管加熱溫度，模具加熱溫度、注射速度、脫模劑的選用將鎂合金固結成形后，脫模，截取不同厚度的試樣進行測定。
2.按權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的力學性能試樣模仁是由澆口套 (1)，定位環(huán)(2)，分流錐(7)，流道(19)，母模仁(5)，公模仁(6)，型腔(18)，頂針(8)，公模 抽真空入子(16)，母模抽真空入子(17)等組成，其中，澆口套(1)，定位環(huán)(2)，分流錐(7)， 流道(19)等構成鎂合金漿液的注入澆道，鎂合金漿液在機械推力下，經(jīng)澆口套(1)通過分 流錐(7)注入流道(19)和型腔(18)；定位環(huán)(2)用作固定澆口套(1)，流道(19)為合金漿 液進入型腔(18)的入口 ；由公模仁(6)和母模仁(5)組成力學性能試樣型腔內(nèi)模的主體， 在公模仁(6)上表面加工出不同厚度的杠鈴狀力學性能試樣薄片的型腔槽，而母模仁(5) 的下表面則為平滑的表面，公模仁(6)和母模仁(5)相合后，則構成了力學性能試樣的型腔 模仁；在機械推力下，合金漿液經(jīng)澆口套(1)，分流錐(7)，流道(19)進入型腔(18)，冷凝后 即得到四種厚度的力學性能測試樣品。
3.按權利要求2所述的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征 在于①公模抽真空入子和母模抽真空入子構成抽氣通道；②母模仁是通過螺栓與母螺板和母模固定板鑲嵌固結；③公模仁是通過螺栓與模腳、頂針板、公模固定板鑲嵌固結。
4.按權利要求1所述的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征 在于所述的鎂合金屑粒的直徑為l_2mm，長度為3-5mm。
5.按權利要求1所述的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征 在于料管加熱溫度依鎂合金的不同的型號而不同的。
6.按權利要求5所述的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征 在于AZ91D鎂合金的料管加熱溫度為600°C ；AM60鎂合金的料管加熱溫度為610°C。
7.按權利要求1所述的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征 在于所述的鎂合金半固態(tài)成形機為JSW公司的LJM220型。
8.按權利要求1所述的鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征 在于所使用的脫模劑為Acheson CP503，稀釋倍率為1 60。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂合金半固態(tài)注射成形力學性能測定的試樣制備方法，其特征在于①將力學性能試樣型腔的模仁通過鑲嵌和螺栓方式與鎂合金半固態(tài)注射成形機?？蚬探Y，組合成力學性能試樣模仁；②將鎂合金屑粒加熱，使?jié){料處于半固態(tài)半熔融的狀態(tài)；③將步驟1所述的固結組合抽成真空后，再將步驟2所述的半固態(tài)半熔融的鎂合金料漿注入模具，控制固定料管加熱溫度，模具加熱溫度、注射速度、脫模劑的選用將鎂合金固結成形后，脫模，截取不同厚度的試樣進行測定。由本發(fā)明提供的方法，制備的不同試樣和不同厚度的樣品測出的力學性能波動很小，能較好的反映和評估鎂合金材料在半固態(tài)注射成形中所能達到的力學性能。
文檔編號G01N3/00GK101839819SQ20091024736
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者馮文武, 徐侃, 沈慶衛(wèi), 王碩, 肖利 申請人:上海紫燕合金應用科技有限公司