專利名稱：基于多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形制備鎂合金板材的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制備鎂合金板材的模具，尤其涉及一種基于多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形制備鎂合金板材的模具。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度低、高比強度、高比剛度、導熱性好、電磁屏蔽性優(yōu)異、對振動及沖擊能量的吸收高等優(yōu)點，是非常重要的輕量化結(jié)構(gòu)用綠色工程材料，在汽車、電子、航空航天等科技前沿領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。近年來，鑄造領(lǐng)域中一些新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，都被用來開發(fā)新型鎂合金材料，并取得了很大的進展。與這些工藝生產(chǎn)的鑄態(tài)材料相比，變形鎂合金材料更具發(fā)展前途與潛力，通過變形可以生產(chǎn)尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過材料組織的控制和熱處理工藝的應用，獲得比鑄造鎂合金材料更高的強度，更好的延展性，更多樣化的力學性能，從而滿足更多結(jié)構(gòu)件的需要。因此，高性能變形鎂合金的研制已成為當今材料領(lǐng)域的研究熱點。制約變形鎂合金發(fā)展的根源在于:首先，絕大多數(shù)鎂合金為密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下滑移系少，采用傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)難以解決這一問題。其次，鎂合金在變形過程中容易形成強烈的基面織構(gòu)。鎂合金板材常規(guī)軋制變形時，在外加應力作用下滑移面轉(zhuǎn)至與最大壓應力垂直的方向，結(jié)果形成基面與板材表面平行的基面織構(gòu)。具有基面織構(gòu)的鎂合金板材在二次成形時，基面滑移系因處于硬取向而難以啟動。第三，采用傳統(tǒng)加工技術(shù)難以實現(xiàn)晶粒細化和織構(gòu)控制的相互協(xié)調(diào)。當晶粒小于一定尺寸時，材料會呈現(xiàn)明顯的延性轉(zhuǎn)變，從而可以通過細化晶粒的方式顯著提高鎂合金板材的力學性能。而采用傳統(tǒng)的擠壓、軋制以及隨后的退火處理工藝，盡管其晶粒尺寸可達ΙΟμπι以下，但通常對板材基面織構(gòu)的改善作用并不顯著，仍難以滿足對高性能材料的要求。因此，在細化晶粒的同時，進一步改善板材的織構(gòu)是制備高性能鎂合金板材的發(fā)展重要方向。深度塑性變形不僅可以顯著細化晶粒，獲得超細晶，而且可以顯著調(diào)控材料的織構(gòu)，從而使材料獲得優(yōu)異的綜合力學性能。目前，大多深度塑性變形技術(shù)主要用于制備型材或棒材。對于鎂合金板材而言，現(xiàn)有的深度塑性變形工藝，除了存在所制備的材料尺寸規(guī)格有限、成本高、工藝路線復雜、生產(chǎn)效率低等缺陷外，在對鎂合金板材微觀組織控制以及制備方面還存在一些缺陷和不足，如累積疊軋(Accumulative roll bonding, ARB)、大應變熱軋(Large strain hotrolling, LSHR)工藝難以實現(xiàn)對板材織構(gòu)的有效控制；連續(xù)剪切(Conshearing)和連續(xù)約束板帶剪切(Continuous confined strip shearing, C2S2)工藝雖均可實現(xiàn)板材的連續(xù)大塑性變形，形成剪切變形織構(gòu)，但要獲得細晶組織，均需重復加工過程數(shù)次(對于鎂合金而言，還需反復加熱還料)，此外，Conshearing工藝需要采用帶有行星棍的特殊軋機，對于C2S2工藝，為了提供足夠大的擠壓力使帶材順利通過ECAE模具轉(zhuǎn)角，在送料輥表面加工有凹槽以此來增加其摩擦力，嚴重影響了帶材的表面質(zhì)量，此外，這兩種工藝均只能制備一種厚度的板材。[0006]近年來，國內(nèi)湖南大學陳振華提出了一種可用于板材加工的等徑角軋制工藝(equal channel angular rolling,ECAR)及其模具，并設(shè)計了在普通雙棍熱軋機上進行的ECAR裝置。但采用ECAR工藝制備高性能變形鎂合金板材時存在一些缺陷:①經(jīng)ECAR后，板材的微觀組織并沒有顯著細化，而隨著軋制道次的增加，晶粒反而粗化。②當ECAR道次數(shù)達到至一定數(shù)值時，板材的晶粒取向改善作用減弱。③制備高性能變形鎂合金板材的效率低。綜上所述，傳統(tǒng)ECAR工藝的這些缺點限制了高性能變形鎂合金板材的制備。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型提供一種能有效的控制鎂合金板材晶粒細化和織構(gòu)演變，從而提高鎂合金板材的力學性能、成形性能及生產(chǎn)效率的多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形軋制鎂合金板材的模具。本實用新型能實現(xiàn)單道次軋制變形中產(chǎn)生大的剪切變形和應變積累，更有效的控制鎂合金板材晶粒細化和織構(gòu)演變。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形軋制鎂合金板材的模具，包括模具本體，其特征在于:在模具本體內(nèi)設(shè)置有通道，通道具有通道開口和出口，通道為臺階式，具有依次連通的多階臺階，構(gòu)成連續(xù)彎曲的通道；每段通道的高度相等，相鄰兩段通道間夾角相等，相鄰兩段通道間的內(nèi)側(cè)圓角半徑相等。進一步的特征在于，在模具本體內(nèi)，對應通道的形狀，設(shè)置有若干根加熱管。所述通道是三階臺階式，由第一水平通道段、第一斜向通道段、第二水平通道段、第二斜向通道段和第三水平通道段構(gòu)成，形成連續(xù)彎曲的通道；每個水平通道段和斜向通道段的高度相等，H1=H2=H3=H4=H5 ;相鄰水平通道段和斜向通道段之間夾角相等，Θ 1= Θ 2= Θ 3= Θ 4 ;相鄰水平通道段和斜向通道段之間內(nèi)側(cè)圓角半徑相等，rl=r2=r3=r4,每段水平通道段的中心線相平行，相鄰兩水平通道段中心線的距離相等，Kl= K2。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型有益效果如下:1、本實用新型由于采用軋制與多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形相結(jié)合的工藝，使被加工板材在通過多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切模具時產(chǎn)生了大的剪切變形，并實現(xiàn)了單道次軋制過程中大的應變積累，從而更有效的細化板材組織和調(diào)控織構(gòu)，所得的鎂合金板材表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學性能，低溫沖壓性能大幅度提高。2、本實用新型的工藝方法簡單，裝置制造方便，生產(chǎn)效率顯著提高，能更有效的改善鎂合金板材的微觀組織和晶粒取向，從而提高鎂合金板材的綜合力學性能和二次加工性能。由于通道連續(xù)彎曲，一次軋制相當于多次傳統(tǒng)ECAR變形，避免了板材的反復加熱、重復軋制和模具的反復拆裝，使高性能鎂合金板材的生產(chǎn)效率明顯提高。3、晶粒進一步細化。不僅避免了傳統(tǒng)ECAR時板材反復加熱保溫過程中晶粒的粗化，還實現(xiàn)了單道次扎制變形中大應變的獲得(一方面避免了多道次ECAR變形過程中板材厚度減小導致等效應變降低的問題，另一方面通過增加連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切次數(shù)、調(diào)整相鄰兩段通道間夾角和相鄰兩段通道內(nèi)側(cè)圓角半徑等，實現(xiàn)了單次軋制變形過程中多個等效應變量的累積)，因此，在晶粒細化效果方面得以改善。4、晶粒取向進一步改善。避免了多道次ECAR變形過程中板材在每道次普通軋制時(0002)基面晶粒取向的增加，以及隨著道次數(shù)增加板材厚度減小導致剪切變形量的降低。此外，在單次扎制變形過程中板材在不同的模具轉(zhuǎn)角處會連續(xù)經(jīng)歷多次剪切變形的作 用。因此，板材晶粒取向改善作用加強。

圖1是本實用新型模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型模具工作結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。如圖1所示，本實用新型多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形軋制鎂合金板材的模具，包括模具本體I，在模具本體I內(nèi)設(shè)置有通道2，通道2具有通道開口 3和出口 4，通道2為臺階式，具有依次連通的多階臺階(若干階臺階)，依次連通以構(gòu)成連續(xù)彎曲的通道，軋制時使鎂合金板材在通道2內(nèi)通過；在模具本體I內(nèi)，對應通道2的形狀，設(shè)置有若干根加熱管5，在需要時啟動加熱管5產(chǎn)生熱量以使通道2的溫度達到工藝要求；加熱管5設(shè)置在通道2的單側(cè)或雙側(cè)，最佳是設(shè)置在通道2的兩側(cè)，以使溫度均勻；加熱管5采用現(xiàn)有的加熱結(jié)構(gòu)，如電加熱管等。圖中所示，通道2是三階臺階式，三階臺階依次連通，由第一水平通道段21、第一斜向通道段22、第二水平通道段23、第二斜向通道段24、第三水平通道段25構(gòu)成，形成連續(xù)彎曲的通道，供待處理的鎂合金板材6通過并產(chǎn)生大的剪切變形。通道2的每段水平通道段和斜向通道段的高度相等，圖中的H1=H2=H3=H4=H5，且相鄰的水平通道段和斜向通道段之間夾角相等，圖中的θ 1= θ 2= θ 3= Θ 4，每段水平通道段和斜向通道段的高度應與板材厚度相等，夾角為100° —160°之間，相鄰的水平通道段和斜向通道段之間內(nèi)側(cè)圓角半徑相等，圖中的rl=r2=r3=r4，每段水平通道段的中心線相平行；水平通道段相平行，平行的水平通道段中心線之間的距離相等，圖中的Kl= K2，轉(zhuǎn)角剪切次數(shù)η為奇數(shù)或偶數(shù)。如圖1、2所示，本實用新型的模具在配合安裝時，通道開口 3與熱軋機雙軋輥7的出口相對應，設(shè)置在雙軋輥7的出口的后面，鎂合金板材6經(jīng)常用的熱軋機雙軋輥7軋制后，經(jīng)通道開口 3順利進入多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形模具的通道2內(nèi)，產(chǎn)生大的剪切變形。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.基于多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形制備鎂合金板材的模具，包括模具本體(1)，其特征在于:在模具本體(I)內(nèi)設(shè)置有通道(2)，通道(2)具有通道開口(3)和出口(4)，通道(2)為臺階式，具有多階臺階，依次連接構(gòu)成連續(xù)彎曲的通道；每段通道高度相等，相鄰兩段通道間夾角相等，相鄰兩段通道間內(nèi)側(cè)圓角半徑相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形制備鎂合金板材的模具，其特征在于，在模具本體(I)內(nèi)，對應通道(2)的形狀，設(shè)置有若干根加熱管(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多基于多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形制備鎂合金板材的模具，其特征在于，所述通道(2)是三階臺階，由第一水平通道段(21)、第一斜向通道段(22)、第二水平通道段(23)、第二斜向通道段(24)和第三水平通道段(25)構(gòu)成，依次連接形成連續(xù)彎曲的通道海一個通道段的高度相等，H1=H2=H3=H4=H5 ;相鄰水平通道段與斜向通道段之間夾角相等，θ 1= θ 2= θ 3= Θ 4 ;相鄰水平通道段與斜向通道段之間內(nèi)側(cè)圓角半徑相等，，每段水平通道段的中心線相平行，相鄰兩水平通道段中心線的距離相等，K1=K2。
專利摘要本實用新型公開一種基于多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切變形制備鎂合金板材的模具。該模具內(nèi)設(shè)置了連續(xù)彎曲的若干段臺階式的通道，每段通道的高度相等，相鄰兩段通道間夾角相等且相鄰兩段通道間的內(nèi)側(cè)圓角半徑相等。本實用新型中，多級連續(xù)轉(zhuǎn)角剪切模具制造方便，被加工板材在通過該模具時產(chǎn)生了大的剪切變形，并實現(xiàn)了單道次軋制過程中大的應變積累，生產(chǎn)效率顯著提高，能更有效的細化板材組織和調(diào)控織構(gòu)，所得的鎂合金板材表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學性能，低溫沖壓性能大幅度提高。
文檔編號B21B15/00GK202963028SQ20122074382
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者周濤, 胡建軍, 楊明波, 周志明, 夏華, 胡紅軍, 陳康 申請人:重慶理工大學