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1、10申请公布号CN103343308A43申请公布日20131009CN103343308ACN103343308A21申请号201310308750022申请日20130722C22F1/0620060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人胡连喜徐岩孙宇74专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人侯静54发明名称往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法57摘要往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法，本发明属于金属半固态成形工艺技术领域，主要解决现有应变诱导法制备镁合金半固态坯料存在的坯料形状改变大、工。
2、艺成本高和生产效率低的问题。往复镦挤装置主要由一对相扣的半模凹模型腔和上镦下挤凸模组成。制备镁合金半固态坯料的方法将铸态镁合金棒料放入装置中进行多道次的往复镦挤变形，使之获得足够大的累积诱导应变；对预变形坯料进行等温退火处理，通过合理的控制退火温度和时间，获得镁合金半固态坯料。采用本发明方法可确保累积大应变预变形坯料的原有外观形状，获得的镁合金半固态组织的固相晶粒细小均匀、球形度好，且方法简单，成本低，生产效率高。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN103343308ACN1033433。
3、08A1/1页21往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置，其特征在于往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置由上模板（1）、上垫板（2）、上压套（3）、镦粗凸模（4）、上压板（5）、凹模预紧套（6）、凹模（7）、挤压凸模（9）、下压板（10）、下压套（11）、下垫板（12）和下模板（13）组成；凹模（7）设有型腔，凹模预紧套（6）套在凹模（7）的外圆上，上压板（5）分别与凹模（7）及凹模预紧套（6）的上表面相连，下压板（10）分别与凹模（7）及凹模预紧套（6）的下表面相连，在型腔的上部插有镦粗凸模（4）的一端，镦粗凸模（4）的另一端固定在上压套（3）内，上压套（3）的上端面与上垫。
4、板（2）固定连接，垫板（2）的上端面连接有上模板（1），在型腔的下部插有挤压凸模（9）的一端，挤压凸模（9）的另一端固定在下压套（11）内，下压套（11）的下端面与下垫板（12）固定连接，下垫板（12）的下端面连接有下模板（13）；其中凹模（7）通过左凹模（71）和右凹模（72）扣合组成。2利用如权利要求1所述的往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于该制备方法按以下步骤实施一、将铸态镁合金坯料机械加工成圆柱形棒料；二、对圆柱形棒料进行润滑处理，然后放入往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置型腔内，将圆柱形棒料加温至镦挤温度；三、通过镦粗凸模。
5、下行镦粗圆柱形棒料变形直至充满型腔，将镦粗凸模复位后，翻转往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置，然后再通过挤压凸模下行挤压圆柱形棒料变形直至充满型腔，进行镁合金坯料的镦挤变形；四、重复步骤三镁合金坯料的镦挤变形过程，完成多道次的往复镦挤变形，开模得到预变形坯料；五、将步骤四得到的预变形坯料按照半固态成形零件的尺寸要求切割成坯料，然后放入加热炉中进行等温退火处理，得到退火后的坯料；六、对退火后的坯料进行快速冷却，得到镁合金半固态坯料；其中步骤二所述的镦挤温度为200380；步骤三所述的镦挤处理过程中的挤压比为23，步骤四往复镦挤的道次为35次。3根据权利要求2所述的利用往复镦挤变形等温。
6、退火制备镁合金半固态坯料的装置制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于镁合金的材料为AZ91D镁合金、AZ61镁合金、ZK60镁合金、AZ31镁合金或AM60镁合金。4根据权利要求2所述的利用往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于步骤五所述的等温退火处理是在惰性气体保护或真空环境下进行。5根据权利要求2所述的利用往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于步骤五中所述的等温退火处理的保温温度为550580。6根据权利要求2所述的利用往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置制备镁合金半固态坯料的方法，其特征。
7、在于步骤五所述的等温退火处理的保温时间为1030MIN。7根据权利要求2所述的利用往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置制备镁合金半固态坯料的方法，其特征在于步骤六所述的快速冷却方式为水淬。权利要求书CN103343308A1/4页3往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法技术领域0001本发明属于金属半固态成形工艺技术领域，具体涉及一种往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法。背景技术0002镁合金具有密度小、比强度高、比刚度大、阻尼性能好、电磁屏蔽性能好、对环境友好、易于回收利用等优点，在航空航天、汽车、电子、通讯等工业领域具有极其重要的应用价值与应用前景。。
8、但是，镁合金的塑性加工成形性能较差，在很大程度上限制了镁合金材料的应用。半固态成形技术的出现，为镁合金的加工成形开辟了一条新的途径，并有望成为生产高性价比镁合金零件的实用化技术。其中，半固态坯料的制备是半固态成形技术的关键所在。目前，已开发的半固态坯料制备方法主要有机械搅拌法、电磁搅拌法、粉末冶金法、超声振动法、单辊旋转法等。此外，现有研究表明应变诱导熔化激活法STRAININDUCEDMELTACTIVATION，简称SIMA法也能够有效的解决半固态坯料的制备问题。但是，传统的SIMA法所采用的变形处理方法均属于传统变形工艺范畴，如镦粗、挤压、轧制等，它存在坯料变形后形状尺寸改变很大，尤其在。
9、实施累积大应变的情况下，会使坯料尺寸变得失去实际应用价值，而且存在工艺成本高的问题。因此，开发低成本、坯料形状尺寸在累积大变形后不改变或改变小、成形后零件性能优良的半固态坯料制备方法，成为推动镁合金半固态成形技术发展与实际应用的关键问题。发明内容0003本发明的目的是解决现有应变诱导法制备镁合金半固态坯料存在的坯料形状改变大、工艺成本高和生产效率低的问题，而提供往复镦挤变形REPETITIVEUPSETTINGEXTRUSION，简称RUE等温退火制备镁合金半固态坯料的装置及方法。0004本发明往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置由上模板、上垫板、上压套、镦粗凸模、上压板、凹模预紧套。
10、、凹模、挤压凸模、下压板、下压套、下垫板和下模板组成；凹模设有型腔，凹模预紧套套在凹模的外圆上，上压板分别与凹模及凹模预紧套的上表面相连，下压板分别与凹模及凹模预紧套的下表面相连，在型腔的上部插有镦粗凸模的一端，镦粗凸模的另一端固定在上压套内，上压套的上端面与上垫板固定连接，垫板的上端面连接有上模板，在型腔的下部插有挤压凸模的一端，挤压凸模的另一端固定在下压套内，下压套的下端面与下垫板固定连接，下垫板的下端面连接有下模板；其中凹模通过左凹模和右凹模扣合组成。0005本发明往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过以下步骤实现0006一、将铸态镁合金坯料机械加工成圆柱形棒料；0007二、。
11、对圆柱形棒料进行润滑处理，然后放入往复镦挤变形等温退火制备镁合金说明书CN103343308A2/4页4半固态坯料的装置型腔内，将圆柱形棒料加温至镦挤温度；0008三、通过镦粗凸模下行镦粗圆柱形棒料变形直至充满型腔，将镦粗凸模复位后，翻转往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置，然后再通过挤压凸模下行挤压圆柱形棒料变形直至充满型腔，进行镁合金坯料的镦挤变形；0009四、重复步骤三镁合金坯料的镦挤变形过程，完成多道次的往复镦挤变形，开模得到预变形坯料；0010五、将步骤四得到的预变形坯料按照半固态成形零件的尺寸要求切割成坯料，然后放入加热炉中进行等温退火处理，得到退火后的坯料；0011六、。
12、对退火后的坯料进行快速冷却，得到镁合金半固态坯料；0012其中步骤二所述的镦挤温度为200380；步骤三所述的镦挤处理过程中的挤压比为23，步骤四往复镦挤的道次为35次。0013本发明所用的镦挤温度是通过热压缩的试验方法得到的镁合金热加工区间。0014本发明的原理通过多道次往复镦挤对镁合金坯料进行预变形处理，使之获得足够大的诱导应变，同时充分破碎原始镁合金铸造坯料中的粗大低熔点组元相，细化基体主相晶粒尺寸，在此基础上，将预变形处理的镁合金坯料在半固态温度区间进行等温退火处理，使其低熔点相重熔，固相基体晶粒球化，即可得到晶粒细小的球状晶半固态组织。0015综上本发明往复镦挤变形等温退火制备镁合金。
13、半固态坯料的方法具有以下有益效果0016一、应用本发明制备的镁合金半固态坯料具有固相晶粒尺寸细小、球化程度高的特点，由该镁合金半固态坯料制备的镁合金制件具有较高的力学性能。0017二、镁合金的圆柱形铸态坯料经多次往复镦挤变形后，仍保持坯料的原有尺寸和形状，便于运送和下一步的等温退火处理，提高了生产效率。0018三、单道次的成形力较小，对设备要求低，设备投资少，延长了模具的使用寿命。附图说明0019图1为实施例一往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过镦粗凸模使圆柱形棒料产生镦粗变形的示意图；0020图2为实施例一往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过镦粗凸模镦粗圆柱形棒料。
14、变形至充满型腔的示意图；0021图3为实施例一往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过挤压凸模使圆柱形棒料产生挤压变形的示意图；0022图4为实施例一往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过挤压凸模完成圆柱形棒料挤压变形的示意图；0023图5为本发明往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置结构示意图，1上模板，2上垫板，3上压套，4镦粗凸模，5上压板，6凹模预紧套，7凹模，8圆柱形棒料，9挤压凸模，10下压板，11下压套，12下垫板，13下模板；0024图6为往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置AA处的截面图，71左凹模，72右凹模；0025图7为实施例一步。
15、骤四得到的AZ91D镁合金预变形坯料的微观组织图；说明书CN103343308A3/4页50026图8为实施例一得到的AZ91D镁合金半固态坯料的微观组织图。具体实施方式0027下面结合附图1和附图2对具体实施方式作进一步说明0028具体实施方式一本实施方式往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置由上模板1、上垫板2、上压套3、镦粗凸模4、上压板5、凹模预紧套6、凹模7、挤压凸模9、下压板10、下压套11、下垫板12和下模板13组成；凹模7设有型腔，凹模预紧套6套在凹模7的外圆上，上压板5分别与凹模7及凹模预紧套6的上表面相连，下压板10分别与凹模7及凹模预紧套6的下表面相连，在型腔的上。
16、部插有镦粗凸模4的一端，镦粗凸模4的另一端固定在上压套3内，上压套3的上端面与上垫板2固定连接，垫板2的上端面连接有上模板1，在型腔的下部插有挤压凸模9的一端，挤压凸模9的另一端固定在下压套11内，下压套11的下端面与下垫板12固定连接，下垫板12的下端面连接有下模板13；其中凹模7通过左凹模71和右凹模72扣合组成。0029本实施方式往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置结构示意图如图5和图6所示，通过此制备镁合金半固态坯料的装置可以实现连续多道次的镁合金坯料往复镦挤。0030具体实施方式二本实施方式往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法通过以下步骤实施0031一、将铸态镁合。
17、金坯料机械加工成圆柱形棒料；0032二、对圆柱形棒料进行润滑处理，然后放入往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置型腔内，将圆柱形棒料加温至镦挤温度；0033三、通过镦粗凸模下行镦粗圆柱形棒料变形直至充满型腔，将镦粗凸模复位后，翻转往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置，然后再通过挤压凸模下行挤压圆柱形棒料变形直至充满型腔，进行镁合金坯料的镦挤变形；0034四、重复步骤三镁合金坯料的镦挤变形过程，完成多道次的往复镦挤变形，开模得到预变形坯料；0035五、将步骤四得到的预变形坯料按照半固态成形零件的尺寸要求切割成坯料，然后放入加热炉中进行等温退火处理，得到退火后的坯料；0036六、。
18、对退火后的坯料进行快速冷却，得到镁合金半固态坯料；0037其中步骤二所述的镦挤温度为200380；步骤三所述的镦挤处理过程中的挤压比为23，步骤四往复镦挤的道次为35次。0038本实施方式步骤二所述的对圆柱形棒料进行润滑处理的过程将机油石墨混合润滑剂均匀的涂抹在圆柱形坯料的圆柱外表面、型腔内表面及镦粗和挤压凸模的外表面。0039本实施方式对镁合金进行往复镦挤变形时易于实现累积大变形，而且每道次坯料变形均匀性好，同时通过多次循环镦挤大变形后，坯料形状与尺寸保持不变，其端面也始终与轴线垂直。0040具体实施方式三本实施方式与具体实施方式二不同的是镁合金的材料为AZ91D镁合金、AZ61镁合金、ZK。
19、60镁合金、AZ31镁合金或AM60镁合金。0041具体实施方式四本实施方式与具体实施方式二或三之一不同的是步骤五所述的说明书CN103343308A4/4页6等温退火处理是在惰性气体保护或真空环境下进行。其它步骤及参数与具体实施方式二或三之一相同。0042具体实施方式五本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤五中所述的等温退火处理的保温温度为550580。其它步骤及参数与具体实施方式二至四之一相同。0043本实施方式中等温退火处理的保温温度为镁合金的固液两相区的某一温度，该镁合金的固液两相区的温度区间是通过DSC方法（示差扫描量热法）试验确定。0044具体实施方式六本实施方式与具体实施。
20、方式二至五之一不同的是步骤五所述的等温退火处理的保温时间为1030MIN。其它步骤及参数与具体实施方式二至五之一相同。0045本实施方式中的等温退火处理的保温时间是根据圆柱形坯料的具体尺寸确定。0046具体实施方式七本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤六所述的快速冷却方式为水淬。其它步骤及参数与具体实施方式二至六之一相同。0047实施例一本实施例往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的方法，具体是通过以下步骤实现的0048一、将AZ91D铸态镁合金坯料通过车削和线切割成直径为长度为40MM的圆柱形棒料；0049二、对圆柱形棒料8进行润滑处理，然后放入往复镦挤变形等温退火制备镁合金半。
21、固态坯料的装置型腔内，将圆柱形棒料加温至340的镦挤温度；0050三、通过镦粗凸模4下行镦粗圆柱形棒料变形直至充满型腔，将镦粗凸模4复位后，翻转往复镦挤变形等温退火制备镁合金半固态坯料的装置，然后再通过挤压凸模9下行挤压圆柱形棒料变形直至充满型腔，进行镁合金坯料的镦挤变形；0051四、重复步骤三镁合金坯料的镦挤变形过程，完成3道次的往复镦挤变形，开模得到预变形坯料；0052五、将步骤四得到的预变形坯料切割成四段的圆柱形坯料，然后放入加热炉中以550的温度等温退火，保温15MIN后得到等温退火后的坯料；0053六、对退火后的坯料进行快速水淬，得到镁合金半固态坯料；0054其中步骤三所述的镦挤处理。
22、过程中的挤压比为2。0055图1至图4为一个往复镦挤的循环过程，多次重复此操作，即可实现镁合金坯料多道次累积大应变的往复镦挤变形。通过示意图可以看出坯料仅在挤压压余的位置会有很小的锥状结构，坯料的其余部分不会改变，形状改变小。0056采用光学显微镜分别观察本实施例经步骤四得到的往复镦挤后的坯料和最终得到镁合金半固态坯料的微观组织，微观组织图分别如图7和图8所示。图7是AZ91D镁合金经340和3道次往复镦挤累积大应变预变形后的微观组织，从图7可以看出往复镦挤后的晶粒得到明显细化，第二相也得到有效的碎化；图8是得到的镁合金半固态坯料的微观组织，该组织中固相晶粒的尺寸细小且球化程度较高，由此半固态坯料可得到具有较高力学性能的成形零件，由于半固态坯料的微观组织晶粒细小，球化程度高，成形零件的微观组织中不会有明显的固液相分离现象，液相比较均匀地分布在固相晶粒周围，因此能够大幅度提高成形零件的力学性能。说明书CN103343308A1/3页7图3说明书附图CN103343308A2/3页8图4图5图6说明书附图CN103343308A3/3页9图7图8说明书附图CN103343308A。