[發明專利]一種高性能稀土鎂合金坯差速循環擴擠成形方法

在審

• 申請號: 201910324749.4
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109909411A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 徐健;閆釗鳴;薛勇;吳昂
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B21J5/00
• 分類號: B21J5/00;B21J5/08;B21J13/02;B21C23/14;B21C25/02
• 代理公司: 廈門市天富勤知識產權代理事務所(普通合伙) 35244
• 代理人: 唐紹烈

本發明公開一種高性能稀土鎂合金坯差速循環擴擠成形方法，該方法涉及一種高性能稀土鎂合金差速循環擴擠的制坯模具，該模具包括上模具組件、“T”形凸模、分體凹模和下模具組件，分體凹模包括上凹模和下凹模，上凹模具有上長方體型腔和上半多邊形膨脹型腔，下凹模具有下長方體型腔以及下半多邊形膨脹型腔，上凹模和下凹模合并形成多邊形膨脹型腔，下半多邊形膨脹型腔兩側設有差速角，兩側差速角所在高度不一，該方法將坯料經過鐓粗后進行多道次擠出，通過改變凹模型腔結構改變金屬流動狀態，引入剪切變形，實現應變增長，既可以減少變形次數，也能增大應變效果，提高生產效率，細化晶粒組織，優化第二相結構，最終得到力學性能顯著的鎂合金坯。

技術領域

本發明屬于金屬塑性加工工藝及成形技術領域，特別涉及一種高性能稀土鎂合金坯差速循環擴擠成形方法。

背景技術

鎂合金是最輕的結構材料，具有比強度、比剛度高，耐腐蝕性、電磁屏蔽性、抗蠕變性好的特點，目前鎂合金在一般結構件中得到了很好的應用：如AZ91D鎂合金板材在汽車覆蓋件上的應用，AZ80鎂合金在汽車輪轂上的應用。隨著裝備輕量化的發展，鎂合金逐漸成為航空航天重要結構件鋁合金材料的最佳替代品。鎂合金為密排六方晶體結構，常溫條件下變形滑移系難以啟動，因此鎂合金對溫度條件較為敏感，一般傳統鎂合金難以支撐重要結構件的高溫使用，隨著鎂合金研究的深入，向鎂合金中添加稀土元素，不僅可以提高鎂合金的強度及耐腐蝕性，也可以提高其高溫力學性能。Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金是近些年來研究較多的一種耐熱稀土鎂合金，研究發現合金內的長周期堆垛相(long period stackingordered，LPSO)相同時可以提高合金的強度和塑性，在300℃高溫條件下同樣表現出優異的性能。根據霍爾-佩奇(Hall-Petch)經驗公式可以知道，晶粒尺寸越小，材料的屈服強度越高。因此，細化晶粒，改善鎂合金的第二相分布是航空航天等重要結構件鎂合金提升性能的重要手段。

大塑性變形可以明顯提高材料的力學性能，是制備高強韌鎂合金坯料的重要方法。目前高強韌鎂合金復雜板狀構件，一般采用大塑性變形開坯來保證構件性能，再加上直接切削或精密鍛造(后續少量切削)獲取所需形狀。循環擴擠(Cyclic Expansion-Extrusion,CEE)最初是由帕迪斯(Pardis)等人在往復擠壓(Cyclic Extrusion-Compression,CEC)的基礎上發展起來，用于研究鋁合金棒料的微觀組織與力學性能，目的是為了得到超細的晶粒組織，改善合金力學性能。CEE變形技術是一種變形前后試樣形狀不發生變化的劇烈塑性成形技術，通過反復多次鐓粗加上正擠壓試樣會產生大的應變，可以有效的細化晶粒，獲得一定尺寸的超細晶粒。隨著CEE變形技術的成熟與發展，逐漸被應用于其他合金材料中，如AZ91鎂合金管材、AA1050鋁合金塊體和棒狀材料等。巴貝伊(Babaei)等人研究了循環擴擠對AZ91鎂合金管材的組織與性能的影響，經過2道次循環擴擠變形之后，晶粒尺寸達到1μm左右，伸長率從1.6％提升到了8.1％，屈服強度與抗拉強度相對于原始態各自提升了2.9與2.6倍。相比往復擠壓和反復鐓擠工藝，循環擴擠變形是一種不需要背壓的成形工藝，所以它對于模具的設計要求簡單，并且不容易出現折疊等缺陷，是一種非常有前景的新型大塑性變形工藝。同時，循環擴擠單道次應變較少的問題較為突出，繁瑣的多道次變形是制約其發展的一項問題。

基于航天結構件對高強耐熱Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的高性能要求，本案提出一種差速循環擴擠改性的新型大塑性變形方法。

發明內容

本發明的目的是對高強耐熱Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金引入大塑性變形細化鎂合金晶粒，調整第二相分布，通過改變型腔結構，將剪切變形力引入到傳統循環擴擠中，實現金屬流動過程中差速流動，增強金屬綜合力學性能，同時解決傳統循環擴擠累計應變小，變形道次繁瑣的難題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：