[發(fā)明專利]中塑性高吸能鎂合金及可深度冷彎的管材制備裝置和方法

有效

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• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108359870B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樂啟熾;胡克;李春雨;趙大志;賈永輝;寶磊
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C1/03;C22F1/06;B22D11/00;B21C37/06;B21C25/02;B21C29/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種中塑性高吸能鎂合金及可深度冷彎的管材制備裝置和方法，屬于金屬材料技術(shù)及冶金技術(shù)領(lǐng)域；該鎂合金成分按質(zhì)量百分比分別為：Zn：1.5～2.2％，Ce：0.2～0.7％，La：0.1～0.2％，Mn：0.3～0.9％，Zr：0.06～0.6％，Ca：0.1～0.3％，余量為Mg及雜質(zhì)。其中，按質(zhì)量百分比，Ce∶La＝(2～7)∶1，Mn∶Zr＝(1.5～5)∶1，雜質(zhì)Fe＜0.003％；該裝置包括中空的擠壓桿、分流擠壓上模、分流擠壓下模、擠壓筒、擠壓墊片和渦輪增壓冷卻系統(tǒng)；鎂合金管材制備方法：1)將原料進(jìn)行熔煉，對熔體進(jìn)行凈化處理；2)將熔體降溫至680～700℃進(jìn)行半連續(xù)鑄造；3)將經(jīng)過均勻化處理和預(yù)處理后的鎂合金棒材，進(jìn)行分流擠壓，制得可深度冷彎高吸能鎂合金管材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中塑性高吸能鎂合金及可深度冷彎的管材制備裝置和方法。

背景技術(shù)

鎂合金具有密度小、比強(qiáng)高以及減振性、電磁屏蔽性和機(jī)械加工性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是結(jié)構(gòu)輕量化的理想材料。鎂合金擠壓管材是變形鎂合金結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的重要大宗產(chǎn)品形式，可廣泛應(yīng)用于自行車、輪椅、沙灘椅、戶外家具、體育器材等民用領(lǐng)域，也可廣泛應(yīng)用于航空航天和軍工等領(lǐng)域。但是，管構(gòu)件生產(chǎn)時，很多情況下涉及擠壓管材的彎曲和變徑(擴(kuò)徑或縮徑)等二次塑性成形工序。

金屬鎂及其合金(除Mg-Li基合金外)為密排六方晶格結(jié)構(gòu)，獨(dú)立滑移系少，塑性差，導(dǎo)致塑性成形性差，無論其管材擠壓還是管材的彎曲等二次成形均要求在加熱到較高的溫度下進(jìn)行，而且由于鎂合金材料的力學(xué)性能還存在較顯著的各向異性以及拉壓屈服強(qiáng)度不對稱性，有研究表明傳統(tǒng)鎂合金AZ31相比于鋁合金和鋼鐵，具有更加優(yōu)異的吸能特性。常用的AZ系鎂合金(如AZ31和AZ61等)即使在高溫彎曲時也容易造成管材橫向斷裂或擠壓焊合縫開裂。這些問題降低了鎂合金管構(gòu)件的成材率，顯著提高了加工成本，降低了市場競爭力。

良好塑性是高成形性的前提，但是即使塑性比鎂合金優(yōu)良的鋁合金的管材進(jìn)行冷彎時也常會發(fā)生斷裂現(xiàn)象，即包括鋁合金和鎂合金在內(nèi)，變形材的二次變形能力有賴于變形材制備過程的變形組織及其取向的良好控制。對于鎂合金管材彎曲變形過程，不同部位分別承受拉應(yīng)力與壓應(yīng)力，而鎂合金有著顯著的各向異性特點(diǎn)以及拉壓不對稱性，這意味著即使是高塑性鎂合金的管材其彎曲變形也是較困難的。有研究表明，不加芯棒的Φ20AZ31鎂合金擠壓管常溫下冷彎到40°時就將無法保持內(nèi)徑的一致性，繼續(xù)變形則會被折斷，而AZ31擠壓方管彎曲約30°時即產(chǎn)生裂紋。因此，目前工業(yè)上鎂合金管材包括彎曲和變徑等二次變形多采用熱加工方式，須在250℃或更高溫度加熱以期實(shí)現(xiàn)管材的良好二次成形。這不僅導(dǎo)致變形工藝與設(shè)備的復(fù)雜化，也顯著影響管材構(gòu)件的力學(xué)性能。

大量研究表明向鎂合金中加入適量稀土可以弱化織構(gòu)，也有研究表明，向鎂合金中少量添加重稀土元素Gd可以提高鎂合金的塑性變形能力，但重稀土的價(jià)格昂貴，即使添加量不大也會大大提高其材料成本，而Ce，La、Sm等輕稀土這廉價(jià)得多，約為重稀土的五分之一。值得一提的是加入稀土后，是熔體凈化，顯著的增強(qiáng)了熔體的流動性，從而大大提高了鎂合金的成材率。有研究指出，能夠在不借助熱處理或預(yù)拉伸的條件下實(shí)現(xiàn)大角度冷彎的鎂合金一般很高的塑性和較低的屈強(qiáng)比，然而其較低的強(qiáng)度限制了其應(yīng)用。

此外，有研究表明傳統(tǒng)鎂合金AZ31相比于鋁合金和鋼鐵，具有更加優(yōu)異的吸能特性。但在壓頭沖擊下，傳統(tǒng)鎂合金AZ31的變形極限強(qiáng)度和吸能位移都不理想，在沖擊下合金平緩地吸收的能量較少，而較高的變形極限強(qiáng)度導(dǎo)致無法起到對沖擊體的保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前鎂合金及其管材存在的問題，克服現(xiàn)有鎂合金管材存在的二次加工成形性差，小徑薄壁管不加芯棒無法保持彎曲變形處孔徑一致性等問題，本發(fā)明提供一種中塑性高吸能鎂合金及可深度冷彎的管材制備裝置和方法，該方法提供了一種具有中塑性高吸能鎂合金，同時提供了一種對應(yīng)該鎂合金的可深度冷彎管材的制備裝置和方法。