一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法与流程

1.本发明属于轻合金制造技术领域，尤其是涉及一种通过镦粗和非对称挤压快速复合成型工艺制备高力学性能轻合金的方法。


背景技术：

2.镁合金、铝合金、钛合金等轻质结构金属材料一直被期望用于实现车辆减重的目标，进而实现对燃油率的提升和二氧化碳排放的减少。为使合金的力学性能达到工业应用水平，轻合金往往需要经过复杂的塑性加工过程才能使用。镦粗作为一种常见的金属加工方式，可以减小坯料高度，增大坯料横截面积。在实际工业生产锻造件时，经常先进行镦粗，再进行后续的挤压、锻造等工序，甚至有时为了获得足够的变形量保证合金性能，还会进行往复的镦粗-挤压加工。但无论是镦粗与挤压工艺之间的加热过程，还是增加的镦粗-挤压往复次数，都造成了较高的加工成本。此外，由于传统的挤压变形过程中合金所受的变形力方向单一，晶粒往往呈现相似的晶体取向，即形成对力学性能有害的强织构。
3.发明专利cn112570480b公开了一种采用非对称挤压实现atx系镁合金板材织构弱化的方法，该方法是将挤压好的板材进行二次非对称挤压，尽管能达到弱化织构的目的，但第二次非对称挤压之前需将第一次常规挤压得到的板材二次加热并保温，造成工艺时间延长，生产效率低，增加制造成本。


技术实现要素：

4.针对目前轻合金制造工艺存在的效率低成本高的问题，本发明提供一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法，低成本加工的同时实现了合金中晶粒的细化与织构的弱化，提高轻合金的力学性能。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法，其特征在于包括下列步骤：
6.(1)将轻合金棒材铸锭放入电阻炉加热至350-550摄氏度并保温2-4h；
7.(2)将加热好的棒材铸锭放入挤压腔模内径大于铸锭直径的挤压模具中；所述的挤压模具的芯模内部由上部的挤压模腔和下部非对称挤压成型通道孔组成；挤压腔模与非对称挤压成型通道孔的内径比即挤压比为26，步骤(2)中棒材铸锭的直径与挤压腔模的内径比为0.5-0.8；
8.(3)开始挤压，棒材铸锭在挤压过程中一边镦粗为直径等于挤压腔模内径的棒材，一边通过非对称挤压成型通道孔加工为棒材；
9.优选的，步骤(3)中挤压速度为0.2-2mm/s。
10.优选的，步骤(3)中非对称挤压成型通道孔中心线与两侧挤压模腔距离比为2:1-4:1。
11.与背景技术相比，本发明有益效果如下：
12.(1)由于镦粗和非对称挤压都是大塑性变形方式，将两者复合可进一步增加变形
量，使得晶粒仅通过一步变形就可以发生足够的细化；
13.(2)非对称挤压与常规挤压相比，在变形过程中引入了剪应力，增加了合金的受力状态，使得晶粒取向容易随机化，更利于合金获得良好的各向同性，实现了一步法加工高性能轻合金棒材的目标；
14.(3)通过复合镦粗与非对称挤压两种工艺，成功省略了两种加工工艺间的加热过程，缩短了工艺流程而且节约了能源，提高生产效率，降低制造成本；
15.(4)该复合成型工艺可应用的合金种类广泛，适合镁合金、铝合金、钛合金、锌合金等轻合金的塑性加工。
附图说明
16.图1为镦粗和非对称挤压复合的一步法工程流程剖面示意图；
17.图2为镦粗和非对称挤压复合的一步法的模具示意图；
18.图2中，1是挤压杆，2是铸坯棒材，3是挤压模腔，4是非对称挤压成型通道孔。
具体实施方式
19.下面结合图1、图2并通过5个实施例进一步说明本发明复合成型方法的具体实现过程。
20.实施例1
21.(1)选取高度为15厘米，直径为9厘米的mg-3al-1zn(wt.％)镁合金铸坯棒材；
22.(2)将铸坯棒材加热至350摄氏度并保温3h；
23.(3)将加热好的棒材放入挤压模腔直径为16，非对称挤压成型通道孔中心线与两侧挤压模腔距离比为2:1的挤压模具中；
24.(4)开始挤压，挤压速度为1mm/s，挤压比为26；
25.复合成形后，棒材的平均晶粒尺寸为2.8μm，屈服强度234mpa，抗拉强度288mpa，断裂延伸率为20.3％。
26.实施例2
27.(1)选取高度为15厘米，直径为9厘米的mg-3al-1zn(wt.％)镁合金铸坯棒材；
28.(2)将铸坯棒材加热至350摄氏度并保温3h；
29.(3)将加热好的棒材放入挤压模腔直径为16，非对称挤压成型通道孔中心线与两侧挤压模腔距离比为4:1的挤压模具中；
30.(4)开始挤压，挤压速度为0.5mm/s，挤压比为26；
31.复合成形后，棒材的平均晶粒尺寸为2.1μm，屈服强度284mpa，抗拉强度327mpa，断裂延伸率为13.6％。
32.实施例3
33.(1)选取高度为10厘米，直径为8厘米的mg-2.0al-0.8sn-0.5ca(wt.％)镁合金铸坯棒材；
34.(2)将铸坯棒材加热至400摄氏度并保温4h；
35.(3)将加热好的棒材放入挤压模腔直径为16，非对称挤压成型通道孔中心线与两侧挤压模腔距离比为2:1的挤压模具中；
36.(4)开始挤压，挤压速度为0.5mm/s，挤压比为26；
37.复合成形后，棒材的平均晶粒尺寸为3.2μm，屈服强度251mpa，抗拉强度284mpa，断裂延伸率为24.8％。
38.实施例4
39.(1)选取高度为10厘米，直径为12厘米的mg-2.0al-0.8sn-0.5ca(wt.％)镁合金铸坯棒材；
40.(2)将铸坯棒材加热至400摄氏度并保温4h；
41.(3)将加热好的棒材放入挤压模腔直径为16，非对称挤压成型通道孔中心线与两侧挤压模腔距离比为3:1的挤压模具中；
42.(4)开始挤压，挤压速度为1.5mm/s，挤压比为26；
43.复合成形后，棒材的平均晶粒尺寸为4.1μm，屈服强度217mpa，抗拉强度262mpa，断裂延伸率为27.1％。
44.实施例5
45.(1)选取高度为10厘米，直径为10厘米的6022铝合金铸坯棒材；
46.(2)将铸坯棒材加热至550摄氏度并保温2h；
47.(3)将加热好的棒材放入挤压模腔直径为16，挤压成型通道孔左右两侧与挤压模腔距离比为2:1的挤压模具中；
48.(4)开始挤压，挤压速度为2mm/s，挤压比为26；
49.复合成形后，棒材的平均晶粒尺寸为7.1μm，屈服强度212mpa，抗拉强度296mpa，断裂延伸率为29.4％。


技术特征：
1.一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法，其特征在于包括下列步骤：(1)将轻合金棒材铸锭放入电阻炉加热至350-550摄氏度并保温2-4h；(2)将加热好的棒材铸锭放入挤压腔模内径大于铸锭直径的挤压模具中；所述的挤压模具的芯模内部由上部的挤压模腔和下部非对称挤压成型通道孔组成；挤压腔模与非对称挤压成型通道孔的内径比即挤压比为26，步骤(2)中棒材铸锭的直径与挤压腔模的内径比为0.5-0.8；(3)开始挤压，棒材铸锭在挤压过程中一边镦粗为直径等于挤压腔模内径的棒材，一边通过非对称挤压成型通道孔加工为棒材。2.根据权利要求1所述的一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法，其特征在于：步骤(3)中挤压速度为0.2-2mm/s。3.根据权利要求1所述的一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法，其特征在于：步骤(3)中非对称挤压成型通道孔中心线与两侧挤压模腔距离比为2:1-4:1。

技术总结
一种镦粗和非对称挤压复合的一步法轻合金制备方法，首先将轻合金棒材铸锭放入电阻炉加热处理；然后将加热好的棒材铸锭放入挤压腔模内径大于铸锭直径的挤压模具中；最后开始挤压，棒材铸锭在挤压过程中一边镦粗为直径等于挤压腔模内径的棒材，一边通过非对称挤压成型通道孔加工为棒材。本发明通过复合镦粗与非对称挤压两种工艺，成功省略了两种加工工艺间的加热过程，缩短了工艺流程而且节约了能源，提高生产效率，降低制造成本；本发明使得晶粒取向容易随机化，更利于合金获得良好的各向同性，实现了一步法加工高性能轻合金棒材的目标。标。标。


技术研发人员：王超 苗源 邓海 李志刚 杨姝 王利忠
受保护的技术使用者：中车长春轨道客车股份有限公司
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2022/1/21