15896622858中国(河南)自由贸易试验区洛阳片区高新技术产业开发区滨河路22号

专业技术咨询

镁合金挤压工艺

发布日间:2018-01-31   浏览次数:

1  坯料均匀化处理

    一般来说,在挤压之前,镁合金铸造坯料都需要 进行均匀化退火处理。这是因为 AZ系镁合金在铸 造冷却过程中易形成α-Mg+Mg17Al12,且随Al含 量的增加,γ-Mg17Al12相含量增加,并易呈粗大网状 分布于晶界。对该类合金进行均匀化退火处理, 可以使分布于晶界和枝晶间的粗大网状Mg17Al12相溶解,以细小颗粒分布于α-Mg基体中,从而显著 改善镁合金的塑性和可加工性。张丁非等研 究了在ZM61镁合金挤压过程中均匀化退火热处理 对其微组织和力学性能的影响。结果表明,均匀化 退火处理可以减小铸态组织中的残余应力,降低挤 压时所需要的温度和固溶时间,提高镁合金挤压后 的伸长率;但是均匀化处理并不一定会使镁合金挤 压后的力学性能提高。例如,对AZ91镁合金进行 均匀化退火处理,其伸长率由3.2%显著提高到11.2%。

    与直接挤压相比,经过均匀化退火 处理的AZ91镁合金的伸长率有一定的提高,但是 抗拉强度和屈服强度并无明显变化。这可能是在较 大挤压比的条件下,基体发生动态再结晶,晶粒得到 细化,第二相在剧烈的塑性变形过程中被充分的破 碎,大量的第二相沿着挤压方向均匀的分布在基体 中,改善了铸造过程中第二相分布不均的状态,从而 提高了镁合金的力学性能,使其表现出与经均匀化 退火后,挤压态镁合金相当的综合力学性能;但由于 此时组织中已有较多的第二相存在,不利于随后的 时效强化处理。

2  挤压温度

    温度是决定动态再结晶程度的重要因素。挤压 时,温度越高,所需要的挤压力越低,动态再结晶进 行得就越充分;但是,温度的升高也会导致晶粒的长 大,使组织晶粒粗大,降低了材料的力学性能。温度 相对较低时,可以得到细化的晶粒组织;但是挤压时 所需要的挤压力比温度高时需要的大,制件的残余 应力也变大。因此,合适的挤压温度是能否得到良 好的镁合金挤压件的关键。本文总结了AZ系列镁 合金试验最佳挤压温度。

3  挤压比

    在镁合金的挤压过程中,挤压比与镁合金晶粒 的尺寸成反比。在挤压比小于一定比例时,挤压比 与镁合金的延伸程度成正比,当挤压比大于一定比 例时,延伸程度逐渐下降。出现这种情况的主要是 因为变形程度与组织特征有一定的关联性,当增大 变形程度时,位错密度也在变大,这样就会增加位错 运动过程中产生的位错塞积、割阶和缠结等,进而对位错的继续运动产生钉扎效应,提高抗拉强度,同时 增加变形晶粒的畸变能,使动态再结晶更加充分,从 而细化晶粒,组织更均匀,提高塑性;但是当挤压比 达到一定数值之后,因为不均匀的变形和应力分布, 会出现残余应力,进而造成金属内部的物理特性及 力学状况不均匀,最后出现塑性下降的情况。

4  挤压速度

    挤压速度对镁合金挤压时所需的挤压力、凹模 模口坯料金属的峰值温度、产品的显微组织和室温 力学性能都有很重要的影响。张保军等通过有 限元分析模拟了AZ31镁合金薄壁管的分流挤压, 发现随着挤压速度的增大,模口的温度逐渐升高,挤 压力的最大值不断减小,当挤压速度到达一定程度 后,挤压力不再变化。罗永新等通过调节挤压速 度的方法,解决了镁合金挤压时温度范围窄的问题, 保持了挤压模口温度的稳定。赵秀明等发现,合 理的控制挤压速度可以获得细小均匀的晶粒和良好 的综合力学性能,挤压速度越大,合金发生动态再结 晶越充分,组织越均匀;当挤压速度较低时,合金强 度高但是塑性差,这是由于发生部分再结晶;当挤压 速度较高时,合金强度下降,伸长率明显提高,这是 由于发生完全再结晶,晶粒明显长大。

5  模具结构

    合理的凹模结构可以降低挤压力,提高挤压时 金属的流动性,减少产品表面的裂纹。张丁非等 研究了模具结构对AZ31镁合金棒材表面裂纹的影 响。结果表明,相比锥模,采用流线模挤压能避免表 面裂纹的产生,死区产生的可能性减小。这是由于 表面的附加拉伸应力降低。黄东男等研究了模 具结构对AZ91镁合金的挤压过程温度场、速度场 及应力场的影响。结果表明,采用锥模和流线模挤 压时,当定径带长度为15~20mm时,可在挤压速 度达到5mm/s的条件下成形出表面光滑无裂纹的 镁合金棒材;而采用平模挤压时,当定径带长度为 10~20mm时,获得良好表面质量的挤压速度达到2.5mm/s。
 

总结与展望


    1)成本问题一直阻碍着镁合金的工业应用,而 连续挤压可以实现无间断连续生产,提高了生产效 率,对降低镁合金的生产成本有重要作用。国内的 连续挤压技术主要是对铜、铝合金方面的研究,关于 镁合金的连续挤压研究较少。工艺条件是决定连续 挤压技术能否在镁合金上应用的关键。加深对这方 面的研究,可以推动镁合金的工业应用发展。

    2)等通道挤压技术对镁合金显微组织的优化作 用是显著的,但其要应用到工业生产中,还需要解决 以下问题:a.模具的加工和维护比较困难,导致成本 过高;b.至今没有足够成熟的工艺参数,在镁合金 的研究当中尚属于起步阶段。

    3)凹模挤出口对镁合金的影响是重大的,但无 论是平模、锥模还是流线模上,研究都不够深入。应 从如下2个方面进行深入研究:a.采用新的凹模尖 角结构,将锥面变成若干个小斜面,可以增加镁合金 挤出的过程中受力方向和次数; b.深入研究尖角角 度对显微组织的影响。

    4)挤压温度、挤压速度和挤压比都是影响产品 的重要工艺参数,但是国内对各个型号镁合金挤压 工艺的研究并不详细,已有的工艺手册往往给出的 数值范围太宽泛;因此,系统的研究镁合金挤压技 术,归纳出较为准确的工艺参数,是镁合金挤压技术 工业应用的前提。