一種高性能輕合金板材的擠壓方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能輕合金板材的擠壓方法，包括以下步驟：1)取鎂合金和鋁合金至少各一塊并疊合固定；2)將步驟1)的鎂鋁復(fù)合塊加入擠壓模具進(jìn)行擠壓，所述鎂鋁復(fù)合塊同時(shí)從擠壓?？跀D出，得到復(fù)合擠壓板材。本發(fā)明高性能輕合金板材的擠壓方法在同一金屬塊之間引入較大的剪切應(yīng)力，且各個(gè)金屬板材之間無金屬的混合，可以顯著細(xì)化晶粒、弱化織構(gòu)；本發(fā)明高性能輕合金板材的擠壓方法只需改變擠壓復(fù)合方式，無需重新設(shè)計(jì)擠壓模具，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)和研究價(jià)值。
【專利說明】一種高性能輕合金板材的擠壓方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬及合金領(lǐng)域，涉及金屬成型方法，特別涉及同步擠壓加工生產(chǎn)鎂 鋁復(fù)合板材的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金具有比強(qiáng)度、比剛度高，導(dǎo)熱性和阻尼減振性能好，電磁屏蔽性能和機(jī)加工 性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空、汽車、電器、通訊等各領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。由于鎂合金 的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，缺少獨(dú)立的滑移系，因此加工比較困難。到目前為止，大多數(shù)鎂合 金產(chǎn)品主要通過鑄造生產(chǎn)，但鑄造產(chǎn)品存在組織粗大、缺陷較多等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致其力學(xué)性 能不夠理想，極大制約了鎂合金的廣泛應(yīng)用，而變形加工鎂合金比鑄造鎂合金有著更高的 力學(xué)性能。目前應(yīng)用較多的鎂合金變形加工方式主要為軋制成形和擠壓成形，但軋制工藝 比較復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品收得率低，最終成本很高，嚴(yán)重影響鎂合金板材的 大面積使用。與軋制相比，擠壓加工時(shí)材料在三向應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生變形，可一次擠壓成型， 生產(chǎn)效率高；同時(shí)，擠壓加工的靈活性大，可生產(chǎn)出橫截面形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。因此，研究鎂合 金擠壓板材的力學(xué)性能有重要的意義。
[0003] 目前，鎂合金板材擠壓變形主要采用單一鑄錠直接放入模具進(jìn)行對(duì)稱正向擠壓， 雖然擠壓工藝簡單，操作方便，但得到的板材力學(xué)性能有限，且存在較為嚴(yán)重的基面織構(gòu)， 不能滿足市場需求。
[0004] 鎂鋁復(fù)合材料（特別是復(fù)合板材、棒材）的用途十分廣泛，但是普通方法難以生產(chǎn) 符合要求的鎂鋁復(fù)合材料。為此，重慶大學(xué)黃光勝和信運(yùn)昌等人分別公開了一種用空心鋁 錠包裹鎂錠同步擠壓生產(chǎn)鎂鋁復(fù)合材料的方法（詳情參考申請(qǐng)?zhí)?00610054269. 3《一種 鎂鋁雙金屬復(fù)合管/棒材》、申請(qǐng)?zhí)?01410152407. 6《一種鎂鋁多層復(fù)合板材及其加工方 法》）。這兩種方法雖然都將鎂和鋁同步加入擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，但是其目的主要是在鎂合金 外表形成鋁合金保護(hù)層，從而提高其抗腐蝕能力，而且這兩種方法中鎂合金完全被鋁合金 包覆，擠壓過程中鎂合金擠壓板材的橫向流動(dòng)受到包覆鋁材的限制，極易產(chǎn)生橫向分布不 均，最終致使整個(gè)復(fù)合材料橫向組織和性能不均勻，各向異性嚴(yán)重，不能很好的滿足使用要 求；另外，這種方法擠壓過程中鎂合金整體不與擠壓筒接觸，其沿著厚度方向處于對(duì)稱應(yīng)力 狀態(tài)（鎂合金的變形過程與普通鎂合金對(duì)稱擠壓類似，不能改善鎂合金的基面織構(gòu)）。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能輕合金板材的擠壓方法。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種高性能輕合金板材的擠壓方法，包括以下步驟：
[0008] 1)、至少各取一塊鎂合金和鋁合金并疊合固定；
[0009] 2)、將步驟1)固定的合金塊加入擠壓模具進(jìn)行同步擠壓，所述鎂鋁合金塊同時(shí)從 擠壓模口擠出，得到復(fù)合擠壓板材。
[0010] 優(yōu)選的，步驟1)所選鎂合金為AZ31或AZ61。
[0011] 優(yōu)選的，步驟1)所選鋁合金為5000系或3000系鋁合金。
[0012] 優(yōu)選的，步驟1)所取鎂合金和鋁合金各一塊，所述鋁合金的厚度為鎂合金厚度的 1/10?1/2或者所述鎂合金厚度為鋁合金厚度的1/10?1/2。
[0013] 優(yōu)選的，步驟1)所取鎂合金為1塊、鋁合金為2塊，且按鋁合金/鎂合金/鋁合金 的方式疊合固定，其中鋁合金厚度為鎂合金的1/15?1/3。
[0014] 優(yōu)選的，步驟1)疊合固定前還包括對(duì)鎂合金和鋁合金接觸面進(jìn)行清洗平整的步 驟，疊合固定后還包括對(duì)鎂鋁復(fù)合塊進(jìn)行加熱的步驟。
[0015] 優(yōu)選的，步驟2)擠壓溫度為380-400°C，擠壓速度為3-5m/min，擠壓比為20-50。
[0016] 優(yōu)選的，步驟2)擠壓成型后還包括低溫回火處理步驟。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0018] 本發(fā)明高性能輕合金板材的擠壓方法，將鎂合金板材和鋁合金板材疊放固定后加 入擠壓筒同步進(jìn)行擠壓，鎂鋁板材間存在界面，擠壓過程中鎂合金和鋁合金之間不會(huì)發(fā)生 相對(duì)流動(dòng)（圖9中虛線箭頭所示），可防止脆性的鎂鋁金屬間化合物生成，使金屬沿橫向和 縱向均勻流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)合。
[0019] 由于鎂合金和鋁合金變形能力不同，且擠壓過程中板材界面處不存在宏觀滑動(dòng)， 因此擠壓成型過程中板材各部分流速差異明顯，如圖9所示：接觸界面附件的鎂合金和鋁 合金的流速均為V，而遠(yuǎn)離界面處鎂合金和鋁合金的流速分別為VI和V2,受自身塑性變形 性能的影響，此時(shí)VI > V > V2,即同一塊金屬各部分流速不一致，內(nèi)部存在剪切應(yīng)力，而這 種剪切應(yīng)力可以顯著細(xì)化晶粒、弱化織構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0021] 圖1為實(shí)施例1金屬鑄錠疊放示意圖；
[0022] 圖2為實(shí)施例2金屬鑄錠疊放示意圖；
[0023] 圖3為實(shí)施例1擠壓所得金屬板材的金相圖；
[0024] 圖4為對(duì)比實(shí)施例1擠壓所得金屬板材的金相圖；
[0025] 圖5為實(shí)施例1擠壓過程中板材流動(dòng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027] 實(shí)施例1 :
[0028] 本實(shí)施例高性能輕合金板材的擠壓方法，包括以下步驟：
[0029] 1)各取一塊尺寸相同的圓柱形鎂合金鑄錠和鋁合金鑄錠并沿中軸線剖開；
[0030] 2)清洗步驟1)所得半圓柱形鎂合金及鋁合金鑄錠的剖開面并打磨至光滑平整；
[0031] 3)將步驟2)打磨后的半圓柱形鎂合金和鋁合金鑄錠疊放在一起（剖切面相對(duì)，如 圖1所示）并用鋁絲固定（避免擠壓過程中產(chǎn)生宏觀相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)板材之間應(yīng)當(dāng)緊密貼 合無縫隙）；
[0032] 4)將步驟3)的鎂鋁復(fù)合塊加熱至380°C保溫lh后置于擠壓裝置進(jìn)行擠壓；所述 鎂鋁復(fù)合塊同時(shí)從擠壓模口擠出，得到復(fù)合擠壓板材；
[0033] 5) 400°C回火處理步驟4)所擠出的板材得到產(chǎn)品。
[0034] 本實(shí)施例中，鎂合金為AZ31，鋁合金為5052,鋁合金厚度為鎂合金的1/4。
[0035] 本實(shí)施例中，擠壓速度為4m/min，擠壓比為30。
[0036] 實(shí)施例2 :
[0037] 本實(shí)施例高性能輕合金板材的擠壓方法，包括以下步驟：
[0038] 1)三塊截面可完全重合的鎂合金和鋁合金鑄錠塊，其中鋁合金兩塊，鎂合金一 塊；
[0039] 2)清洗打磨步驟1)的鎂合金及鋁合金鑄錠塊；
[0040] 3)將步驟2)打磨后鑄錠塊疊放在一起（如圖2所示）并用鋁絲固定（避免擠壓 過程中產(chǎn)生宏觀相對(duì)滑動(dòng)）；
[0041] 4)將步驟3)的鎂鋁復(fù)合塊加熱至380°C保溫lh后置于擠壓裝置進(jìn)行擠壓；所述 鎂鋁復(fù)合塊同時(shí)從擠壓?？跀D出，得到復(fù)合擠壓板材；
[0042] 5) 400°C回火處理步驟4)所擠出的板材得到產(chǎn)品。
[0043] 本實(shí)施例中，鎂合金為AZ31，鋁合金為3003,鋁合金厚度為鎂合金的1/5。
[0044] 本實(shí)施例中，擠壓速度為4m/min，擠壓比為30。
[0045] 對(duì)比實(shí)施例1 :
[0046] 取圓柱形AZ31鎂合金鑄錠打磨后于400°C進(jìn)行普通對(duì)稱擠壓，擠壓比為30,擠壓 速度為4m/min。
[0047] 性能測試：
[0048] 取實(shí)施例1和對(duì)比實(shí)施例1所得板材進(jìn)行金相組織分析和力學(xué)性能測試，結(jié)果如 圖3、4及下表所示：
[0049] 圖3為實(shí)施例1所得板材的金相圖片，圖中顏色較深的為鋁合金，由圖1可以看 出，鎂合金和鋁的復(fù)合板材中存在明顯的復(fù)合界面，但界面處結(jié)合緊密，界面兩側(cè)晶粒細(xì) 小。
[0050] 圖4為對(duì)比實(shí)施例1所得鎂合金板材的金相圖片。
[0051] 對(duì)比圖3、圖4可以看出，本發(fā)明共擠成型生產(chǎn)金屬復(fù)合板材中鎂合金一側(cè)的得到 晶粒明顯細(xì)化。
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 、至少各取一塊鎂合金和鋁合金并疊合固定； 2) 、將步驟1)固定的合金塊加入擠壓模具進(jìn)行同步擠壓，所述鎂鋁合金塊同時(shí)從擠壓 ?？跀D出，得到復(fù)合擠壓板材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟1)所選鎂合 金為AZ31或AZ61。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟1)所選鋁合 金為5000系或3000系鋁合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟1)所取鎂合 金和鋁合金各一塊，所述鋁合金的厚度為鎂合金厚度的1/10?1/2或者所述鎂合金厚度為 鋁合金厚度的1/10?1/2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟1)所取鎂合 金為1塊、鋁合金為2塊，且按鋁合金/鎂合金/鋁合金的方式疊合固定，其中鋁合金厚度 為鎂合金的1/15?1/3。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟1)疊合固定 前還包括對(duì)鎂合金和鋁合金接觸面進(jìn)行清洗平整的步驟，疊合固定后還包括對(duì)鎂鋁復(fù)合塊 進(jìn)行加熱的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟2)擠壓溫度 為380-400°C，擠壓速度為3-5m/min，擠壓比為20-50。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述高性能輕合金板材的擠壓方法，其特征在于：步驟 2)擠壓成型后還包括回火處理步驟。
【文檔編號(hào)】B21C23/06GK104289543SQ201410608272
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】蔣斌, 潘復(fù)生, 石東博, 何俊杰, 楊青山 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)