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鎂合金擠壓工藝

2019-12-06 14:42 ?瀏覽:

1  坯料均勻化處理

    一般來說,在擠壓之前,鎂合金鑄造坯料都需要 進行均勻化退火處理。這是因為 AZ系鎂合金在鑄 造冷卻過程中易形成α-Mg+Mg17Al12,且隨Al含 量的增加,γ-Mg17Al12相含量增加,并易呈粗大網狀 分布于晶界。對該類合金進行均勻化退火處理, 可以使分布于晶界和枝晶間的粗大網狀Mg17Al12相溶解,以細小顆粒分布于α-Mg基體中,從而顯著 改善鎂合金的塑性和可加工性。張丁非等研 究了在ZM61鎂合金擠壓過程中均勻化退火熱處理 對其微組織和力學性能的影響。結果表明,均勻化 退火處理可以減小鑄態組織中的殘余應力,降低擠 壓時所需要的溫度和固溶時間,提高鎂合金擠壓后 的伸長率;但是均勻化處理并不一定會使鎂合金擠 壓后的力學性能提高。例如,對AZ91鎂合金進行 均勻化退火處理,其伸長率由3.2%顯著提高到11.2%。

    與直接擠壓相比,經過均勻化退火 處理的AZ91鎂合金的伸長率有一定的提高,但是 抗拉強度和屈服強度并無明顯變化。這可能是在較 大擠壓比的條件下,基體發生動態再結晶,晶粒得到 細化,第二相在劇烈的塑性變形過程中被充分的破 碎,大量的第二相沿著擠壓方向均勻的分布在基體 中,改善了鑄造過程中第二相分布不均的狀態,從而 提高了鎂合金的力學性能,使其表現出與經均勻化 退火后,擠壓態鎂合金相當的綜合力學性能;但由于 此時組織中已有較多的第二相存在,不利于隨后的 時效強化處理。

2  擠壓溫度

    溫度是決定動態再結晶程度的重要因素。擠壓 時,溫度越高,所需要的擠壓力越低,動態再結晶進 行得就越充分;但是,溫度的升高也會導致晶粒的長 大,使組織晶粒粗大,降低了材料的力學性能。溫度 相對較低時,可以得到細化的晶粒組織;但是擠壓時 所需要的擠壓力比溫度高時需要的大,制件的殘余 應力也變大。因此,合適的擠壓溫度是能否得到良 好的鎂合金擠壓件的關鍵。本文總結了AZ系列鎂 合金試驗最佳擠壓溫度。

3  擠壓比

    在鎂合金的擠壓過程中,擠壓比與鎂合金晶粒 的尺寸成反比。在擠壓比小于一定比例時,擠壓比 與鎂合金的延伸程度成正比,當擠壓比大于一定比 例時,延伸程度逐漸下降。出現這種情況的主要是 因為變形程度與組織特征有一定的關聯性,當增大 變形程度時,位錯密度也在變大,這樣就會增加位錯 運動過程中產生的位錯塞積、割階和纏結等,進而對位錯的繼續運動產生釘扎效應,提高抗拉強度,同時 增加變形晶粒的畸變能,使動態再結晶更加充分,從 而細化晶粒,組織更均勻,提高塑性;但是當擠壓比 達到一定數值之后,因為不均勻的變形和應力分布, 會出現殘余應力,進而造成金屬內部的物理特性及 力學狀況不均勻,最后出現塑性下降的情況。

4  擠壓速度

    擠壓速度對鎂合金擠壓時所需的擠壓力、凹模 ??谂髁辖饘俚姆逯禍囟?、產品的顯微組織和室溫 力學性能都有很重要的影響。張保軍等通過有 限元分析模擬了AZ31鎂合金薄壁管的分流擠壓, 發現隨著擠壓速度的增大,??诘臏囟戎饾u升高,擠 壓力的最大值不斷減小,當擠壓速度到達一定程度 后,擠壓力不再變化。羅永新等通過調節擠壓速 度的方法,解決了鎂合金擠壓時溫度范圍窄的問題, 保持了擠壓??跍囟鹊姆€定。趙秀明等發現,合 理的控制擠壓速度可以獲得細小均勻的晶粒和良好 的綜合力學性能,擠壓速度越大,合金發生動態再結 晶越充分,組織越均勻;當擠壓速度較低時,合金強 度高但是塑性差,這是由于發生部分再結晶;當擠壓 速度較高時,合金強度下降,伸長率明顯提高,這是 由于發生完全再結晶,晶粒明顯長大。

5  模具結構

    合理的凹模結構可以降低擠壓力,提高擠壓時 金屬的流動性,減少產品表面的裂紋。張丁非等 研究了模具結構對AZ31鎂合金棒材表面裂紋的影 響。結果表明,相比錐模,采用流線模擠壓能避免表 面裂紋的產生,死區產生的可能性減小。這是由于 表面的附加拉伸應力降低。黃東男等研究了模 具結構對AZ91鎂合金的擠壓過程溫度場、速度場 及應力場的影響。結果表明,采用錐模和流線模擠 壓時,當定徑帶長度為15~20mm時,可在擠壓速 度達到5mm/s的條件下成形出表面光滑無裂紋的 鎂合金棒材;而采用平模擠壓時,當定徑帶長度為 10~20mm時,獲得良好表面質量的擠壓速度達到2.5mm/s。
 

總結與展望


    1)成本問題一直阻礙著鎂合金的工業應用,而 連續擠壓可以實現無間斷連續生產,提高了生產效 率,對降低鎂合金的生產成本有重要作用。國內的 連續擠壓技術主要是對銅、鋁合金方面的研究,關于 鎂合金的連續擠壓研究較少。工藝條件是決定連續 擠壓技術能否在鎂合金上應用的關鍵。加深對這方 面的研究,可以推動鎂合金的工業應用發展。

    2)等通道擠壓技術對鎂合金顯微組織的優化作 用是顯著的,但其要應用到工業生產中,還需要解決 以下問題:a.模具的加工和維護比較困難,導致成本 過高;b.至今沒有足夠成熟的工藝參數,在鎂合金 的研究當中尚屬于起步階段。

    3)凹模擠出口對鎂合金的影響是重大的,但無 論是平模、錐模還是流線模上,研究都不夠深入。應 從如下2個方面進行深入研究:a.采用新的凹模尖 角結構,將錐面變成若干個小斜面,可以增加鎂合金 擠出的過程中受力方向和次數; b.深入研究尖角角 度對顯微組織的影響。

    4)擠壓溫度、擠壓速度和擠壓比都是影響產品 的重要工藝參數,但是國內對各個型號鎂合金擠壓 工藝的研究并不詳細,已有的工藝手冊往往給出的 數值范圍太寬泛;因此,系統的研究鎂合金擠壓技 術,歸納出較為準確的工藝參數,是鎂合金擠壓技術 工業應用的前提。

 

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