本發(fā)明涉及制備細(xì)晶鎂合金的裝置，具體說是涉及一種利用斜通道技術(shù)制備細(xì)晶鎂合金的裝置。

背景技術(shù)：

鑄造鎂合金塑性差、強(qiáng)度低。經(jīng)過熱機(jī)械加工后，組織發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而細(xì)化，同時(shí)晶界處的網(wǎng)狀金屬間化合物被破碎并重新分布。組織細(xì)化后力學(xué)性能顯著提高，當(dāng)晶粒尺寸≤10μm時(shí)，合金通常還具有低溫和高應(yīng)變速率超塑性。因此，通過熱機(jī)械加工細(xì)化組織是制備高性能鎂合金的重要手段，新型加工技術(shù)研發(fā)備受關(guān)注。

熱機(jī)械加工工藝可分為傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)和大塑性變形技術(shù)。傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)主要是擠壓和軋制，對(duì)棒材而言，擠壓是最常用的工藝。然而，利用傳統(tǒng)正擠壓制備鎂合金時(shí)，由于總因變量相對(duì)較小，中心區(qū)域變形程度小于邊緣區(qū)域，所以組織分布不均勻，當(dāng)擠壓溫度較低時(shí)常存在大面積的未再結(jié)晶區(qū)域。雖然正擠壓后材料可以獲得細(xì)晶組織，但組織細(xì)化程度受到一定的限制，如果通過多次連續(xù)的變徑擠壓細(xì)化材料組織，則材料的徑向尺寸越來越小，對(duì)材料的應(yīng)用會(huì)有限制，所以傳統(tǒng)擠壓具有一定的局限性。

大塑性變形熱機(jī)械加工技術(shù)可以在塑性變形過程中引入大的應(yīng)變量，并能有效細(xì)化組織。典型的大塑性變形技術(shù)有：大比率擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)、等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復(fù)擠壓。采用這些方法可以將鎂合金晶粒尺寸細(xì)化至亞微米或納米級(jí)。然而，上述大塑性變形工藝都存在一定的局限性。例如：大比率擠壓與傳統(tǒng)的擠壓相似，擠壓型材中同樣在中心和邊緣區(qū)域存在組織不均勻性；由于擠壓比大，擠壓成品截面面積小，產(chǎn)品使用范圍較窄。高壓扭轉(zhuǎn)可使材料獲得大的變形量,但產(chǎn)品為薄片狀試樣，尺寸小，晶粒尺寸小于1μm，但組織不均勻，使其應(yīng)用范圍受到限制。等通道轉(zhuǎn)角擠壓是一種實(shí)用有效的晶粒細(xì)化技術(shù),加工過程中試樣截面尺寸保持不變,可以反復(fù)變形產(chǎn)生大的應(yīng)變,獲得均勻致密的組織。往復(fù)擠壓是集擠壓和墩粗為一體的大塑性變形工藝，擠壓后材料恢復(fù)到原始尺寸，因此經(jīng)過多道次擠壓后可以獲得均勻的細(xì)晶組織。雖然等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復(fù)擠壓都可以制備大塊的均勻細(xì)晶材料，但是等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復(fù)擠壓每次的變形量相對(duì)較小，需要多道次的擠壓才能獲得均勻的細(xì)晶組織。上述大塑性變形工藝在科研領(lǐng)域應(yīng)用較多，然而由于難以實(shí)現(xiàn)材料的連續(xù)制備，無法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

目前在工業(yè)生產(chǎn)中，既要滿足不大幅度損失擠壓比（即：坯料截面面積/擠出材料截面面積比率）、又能制備出均勻細(xì)晶組織是熱機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種利用斜通道技術(shù)制備細(xì)晶鎂合金的裝置。本發(fā)明的裝置在于結(jié)合傳統(tǒng)的正擠壓和等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝，利用擠壓過程中的轉(zhuǎn)角增加應(yīng)變量，通過一次擠壓可以實(shí)現(xiàn)大塊均勻細(xì)晶材料的制備，同時(shí)坯料直徑/擠出材料直徑比率小，最終擠出材料的截面面積較大，又能實(shí)現(xiàn)材料的連續(xù)制備。材料晶粒度能達(dá)到大擠壓比擠壓、多道次的等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復(fù)擠壓獲得材料的晶粒度。

本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的利用斜通道技術(shù)制備細(xì)晶鎂合金的裝置包括底部內(nèi)壁加工有凹槽的擠壓筒，嵌裝在凹槽內(nèi)的斜通道擠壓凹模，放置在擠壓筒中的擠壓桿，設(shè)置在擠壓筒外壁上的加熱體、以及控溫?zé)犭娕肌?/p>

本發(fā)明中擠壓筒內(nèi)徑是斜通道擠壓凹模中斜通道內(nèi)徑的三倍。

本發(fā)明中所述斜通道擠壓凹模的斜通道為斜置的直線通道。

本發(fā)明中所述斜通道擠壓凹模的斜通道也可以為由豎直轉(zhuǎn)斜置的帶有一次轉(zhuǎn)角的通道，且轉(zhuǎn)角的角度為120°；其中所述豎直段與斜置段的長度比為1:10。

本發(fā)明中所述斜通道擠壓凹模的斜通道還可以為由豎直轉(zhuǎn)斜置、再由斜置轉(zhuǎn)豎直的帶有兩次轉(zhuǎn)角的通道，且兩次轉(zhuǎn)角的角度均為120°；其中所述豎直段:斜置段: 豎直段的長度比為1:10:1。

擠壓時(shí)，鎂合金在接觸斜通道凹模后直徑減少，并傾斜擠出。若使用帶有轉(zhuǎn)角的擠壓凹模，那么再經(jīng)過斜通道凹模內(nèi)的轉(zhuǎn)角時(shí)受到更大的塑性變形，并再次細(xì)化合金組織，并通過轉(zhuǎn)角數(shù)量控制應(yīng)變量，最終擠出組織均勻的細(xì)晶鎂合金。

本發(fā)明中所述的擠壓筒外環(huán)上設(shè)置有加熱體和控溫?zé)犭娕?，其工作溫度范圍為室溫?00℃。

本發(fā)明所述的利用斜通道技術(shù)制備細(xì)晶鎂合金的方法包括以下步驟：

（1）將斜通道擠壓凹模安置于擠壓筒中，組成一體；

（2）將鎂合金坯料加工成與擠壓筒內(nèi)徑相同尺寸，裝入擠壓筒中；

（3）將擠壓桿放入擠壓筒中；

（4）將擠壓筒及擠壓筒內(nèi)的材料升溫到預(yù)定溫度；

（5）將模具放在立式或臥式擠壓機(jī)上，在擠壓桿上施加壓力進(jìn)行擠壓，制備細(xì)晶鎂合金。

本發(fā)明的有益效果如下：

（1）通過一次擠壓即可制備細(xì)晶鎂合金棒材，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，生產(chǎn)成本低；

（3）可以更換無轉(zhuǎn)角、一次轉(zhuǎn)角或兩次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模，方便地調(diào)整擠壓的變形量；

（3）本裝置的擠壓筒壁附帶電阻加熱體和測(cè)溫?zé)犭娕伎?，擠壓溫度可以在室溫至500℃范圍內(nèi)精確控制，可以滿足鎂合金不同擠壓溫度的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中序號(hào)：1、擠壓筒，2、斜通道擠壓凹模，3、擠壓桿，4、加熱體，5、控溫?zé)犭娕迹?、擠出的鎂合金材料，β、轉(zhuǎn)角的角度。

圖2為本發(fā)明所包括的三種斜通道擠壓凹模的結(jié)構(gòu)圖：其中，（a）是無轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模的結(jié)構(gòu)圖，（b）是一次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模的結(jié)構(gòu)圖，（c）是兩次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為采用本發(fā)明所擠壓的鎂合金的金相照片：其中，(A)是利用無轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模制備的合金組織圖（AZ31合金）；(B)是利用一次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模制備的合金組織圖（AZ31合金）；(C)是利用兩次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模制備的合金組織圖（AZ31合金）。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例（附圖）作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，本發(fā)明的利用斜通道技術(shù)制備細(xì)晶鎂合金的裝置包括底部內(nèi)壁加工有凹槽的擠壓筒1，嵌裝在凹槽內(nèi)的斜通道擠壓凹模2，放置在擠壓筒中的擠壓桿3，設(shè)置在擠壓筒外壁上的加熱體4、以及控溫?zé)犭娕?。

本發(fā)明中擠壓筒內(nèi)徑是斜通道擠壓凹模中斜通道內(nèi)徑的三倍。

所述斜通道擠壓凹模2可以根據(jù)擠壓變形量更換附帶不同轉(zhuǎn)角的擠壓凹模，如圖2所示。增加轉(zhuǎn)角次數(shù)可以增加變形量，提高組織細(xì)化程度。

更具體說：

如圖2中（a）所示，本發(fā)明中所述斜通道擠壓凹模2的斜通道為斜置的直線通道。

如圖2中（b）所示，本發(fā)明中所述斜通道擠壓凹模2的斜通道為由豎直轉(zhuǎn)斜置的帶有一次轉(zhuǎn)角的通道，且轉(zhuǎn)角的角度β為120°；其中所述豎直段與斜置段的長度比為1:10。

如圖2中（c）所示，本發(fā)明中所述斜通道擠壓凹模2的斜通道還可以為由豎直轉(zhuǎn)斜置、再由斜置轉(zhuǎn)豎直的帶有兩次轉(zhuǎn)角的通道，且兩次轉(zhuǎn)角的角度β均為120°；其中所述豎直段:斜置段:豎直段的長度比為1:10:1。

利用本發(fā)明的裝置制備細(xì)晶鎂合金方法如下：

（1）將斜通道擠壓凹模2放入擠壓筒1下方的凹槽內(nèi)；

（2）將被擠壓材料加工成與擠壓筒1內(nèi)徑相同的尺寸，然后裝入擠壓筒1中；

（3）將擠壓桿3放入上擠壓筒中；

（4）將擠壓筒1及擠壓筒內(nèi)的鎂合金坯料升溫到預(yù)定溫度，溫度范圍為室溫至500℃；

（5）將模具放在立式或臥式擠壓機(jī)上，在擠壓桿上施加壓力進(jìn)行擠壓，制備細(xì)晶鎂合金。

具體應(yīng)用實(shí)例如下：

本實(shí)施例中，擠壓筒1的直徑為30 mm，斜通道擠壓凹模2的直徑為10 mm，最終擠出直徑為10 mm。將AZ31鎂合金鑄錠機(jī)加工成直徑為30 mm（擠壓筒直徑）× 70 mm的坯料；將坯料放入擠壓筒擠壓。擠壓溫度設(shè)定為325 ℃。按照上面所述的工藝，分別使用無轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模、一次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模和兩次轉(zhuǎn)角斜通道擠壓凹模來制備細(xì)化合金組織，隨著轉(zhuǎn)角數(shù)增加，合金組織變細(xì)，平均晶粒尺寸分別為3.7μm、3.0μm和2.0μm，詳見圖3中(A)、(B)、(C)所示。其晶粒度遠(yuǎn)小于325 ℃正擠壓制備AZ31合金晶粒尺寸，接近經(jīng)過等通道擠壓和往復(fù)擠壓制備合金晶粒尺寸。