CN105921542B - 一种镁合金微管的制备方法及专用模具 - Google Patents

一种镁合金微管的制备方法及专用模具 Download PDF

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Abstract

一种镁合金微管的制备方法及专用模具，所述镁合金微管的制备方法包括如下关键步骤：制备铸态镁合金坯料；通过复合模具制备超细晶坯料；采用坯料和模具一体化加热的方法挤压镁合金微管。镁合金微管的制坯模具包括凸模组件、凹模组件和导向组件，设计锥形模正挤压与等径角挤压复合模具。本发明制备的超细晶医用镁合金微管力学性能良好，耐蚀性能优越，精度较高。成形工艺高效实用易操作，有效简化后续处理工艺。

Description

一种镁合金微管的制备方法及专用模具
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及镁合金微管的制备技术。
背景技术
超细晶金属材料可以通过强应变大塑性变形的方法制备。一方面，超细晶金属材料微结构变化能大幅提高合金强度和韧性:另一方面，微结构变化也可影响到腐蚀类型、腐蚀速度以及腐蚀均匀度等，细晶结构具有更好的生物环境耐蚀性。因此，强应变大塑性变形作为一种特种塑性成形方法可实现难变形金属材料的超塑性精密成形，同时实现大幅改善力学与耐蚀改性效果。
镁合金微管采用单一的塑性变形方式难以实现合金的超细晶化，镁合金微管的成形方法及模具专利公开(CN10333152B)时，该专利采用单一的强塑性成形模具制备镁合金超细晶结构的坯料，不存在挤压比。并且没有实现坯料与管材挤压模具的绝对等温，导致成形困难，成形率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金微管的制备方法及专用模具。
本发明是一种镁合金微管的制备方法及专用模具，其方法的步骤为:
（1）制备铸态镁合金坯料:
所述镁合金中，以质量百分比计，Y的含量为3.6~4.2%;Nd的含量为2.1~2.5%；La(Ce)的含量为O.2~O.8%(65%La+35Ce)；Zr的含量为O.2~O.8%，其余为Mg；在通有高纯氩气的真空感应炉内熔炼浇铸，浇注温度为780~800℃；将铸态合金进行固溶和均匀化退火处理，固溶处理温度为470~510℃，保温时间为6~10h，在空气中冷却；均匀化退火处理温度为460~500℃，保温时间为10~16h，随炉冷却；
（2）制备超细晶坯料:
通过锥形模正挤压与等径角挤压复合模具制备超细晶镁合金微管坯料，首先将热处理后的铸态合金加工成直径为25~35mm的圆柱棒，把圆柱棒放入到复合模具内，加热电阻丝加热温度为470~510℃，采用10KN的压力机向下挤压复合模具，挤压速度为3~6mm/s，挤压比为4~7；
完成锥形模正挤压与等径角挤压的复合挤压后，开模取出超细晶坯料；
(3) 制备镁合金微管:
采用坯料和模具一体化加热方法制备镁合金微管，首先将镁合金微管坯料加工成内径为2~4mm，厚度为2~5mm的筒形坯料，并放到挤压模具内，然后将坯料和挤压模具同时加热，加热温度为480~520℃，保温2~4h；
采用10KN的压力机向下挤压挤压模具，挤压速度为3~6mm/s，挤压比4~7；
挤压完成后，在高温状态下即时退出凸模，镁合金微管热态下即时脱模；
经过2~3道次挤压可得到镇合金微管。
用于以上所述的镁合金微管的制备方法的专用模具，包括有凸模组件、凹模组件和导向组件，所述模具为锥形模正挤压与等径角挤压复合模具:其中凸模组件同轴地位于凹模组件的正上方并与凹模组件套接，导向组件与凸模组件和凹模组件固定连接。
本发明的有益之处为:制备的镁合金微管晶粒更细小，并大幅度提高镁合金的力学性能和耐蚀性能，并且能准确控制镁合金的成形温度，镁合金微管成形率高。利用锥形模正挤压与等径角挤压复合模具是成功制备超细晶镁合金微管的前提，微观组织优化的超细晶镁合金微管晶粒更细小，力学性能明显提升，耐蚀性显著增强。坯料和模具的绝对等温是对传统管材挤压方法的改进，能准确控制镁合金的成形温度，镁合金微管成形率高，操作方便。
附图说明
图1 为镁合金微管制坯模具的主视图，附图标记及对应名称为:上模座1，凸模垫板2，凸模3，凹模4，加热电阻丝5，保护套6，凹模垫板7，下模座8，导柱9，导套10；图2为凹模4的主视图，图3为凹模4的左视图，图4为凹模4的俯视图。
具体实施方式
本发明是一种镁合金微管的制备方法及专用模具，其方法的步骤为:
(1)制备铸态镁合金坯料:
所述镁合金中，以质量百分比计， Y的含量为3.6~4.2%；Nd的含量为2.1~ 2.5%；La(Ce)的含量为0.2~0.8%(65%La+35Ce)；Zr的含量为0.2~0.8%，其余为Mg；
在通有高纯氩气的真空感应炉内熔炼浇铸，浇注温度为780~800℃；
将铸态合金进行固溶和均匀化退火处理，固溶处理温度为470~510℃，保温时间为6~10h，在空气中冷却；均匀化退火处理温度为460~500℃，保温时间为1O~16h，随炉冷却；
(2)制备超细晶坯料:
通过锥形模正挤压与等径角挤压复合模具制备超细晶镁合金微管坯料，首先将热处理后的铸态合金加工成直径为25~35mm的圆柱棒，把圆柱棒放入到复合模具内，加热电阻丝加热温度为470~510℃，采用10KN的压力机向下挤压复合模具，挤压速度为3~6mm/s，挤压比为4~7；
完成锥形模正挤压与等径角挤压的复合挤压后，开模取出超细晶坯料；
(3) 制备镁合金微管:
采用坯料和模具一体化加热方法制备镁合金微管，首先将镁合金微管坯料加工成内径为2~4mm ，厚度为2~5mm的筒形坯料，并放到挤压模具内，然后将坯料和挤压模具同时加热，加热温度为480~520℃，保温2~4h；
采用10KN的压力机向下挤压挤压模具，挤压速度为3~6mm/s，挤压比4~7；
挤压完成后，在高温状态下即时退出凸模，镁合金微管热态下即时脱模；
经过2~3道次挤压可得到镁合金微管。
如图1 所示，用于以上所述的镁合金微管的制备方法的专用模具，包括有凸模组件、凹模组件和导向组件，所述模具为锥形模正挤压与等径角挤压复合模具:其中凸模组件同轴地位于凹模组件的正上方并与凹模组件套接，导向组件与凸模组件和凹模组件固定连接。
如图1 所示，以上所述的专用模具，所述凸模组件包括上模座1、凸模垫板2和凸模3，凸模3与上模座1靠凸模垫板2进行定位，凸模3通过内六角螺钉紧固在上模座1上。
如图1、图2、图3、图4所示，以上所述的专用模具，所述凹模组件包括凹模4、加热电阻丝5、保护套6、凹模垫板7和下模座8，凹模垫板7安装在凹模4和下模座8中间，凹模垫板7通过内六角螺钉链接在下模座8上，凹模4、凹模垫板7和下模座8通过内六角螺钉固定连接，加热电阻丝5螺旋式的缠绕于凹模4 的外表面。
如图1所示，以上所述的专用模具，所述导向组件包括导柱9和导套10，导柱9与导套10轴线重合并且套接，导柱9和导套10通过压配合分别压入下模座8和上模座1。
如图1、图3所示，以上所述的专用模具，所述凹模4由左半模11和右半模12组成，左半模11和右半模12靠定位销进行定位并通过内六角螺钉固定链接；凹模4中的锥形模正挤压部分模锥角为90~120°，等径角挤压部分内角为100~110°，外角为50~80°。
下面对本发明实施例作详细的说明:本实施例是以本发明技术方案为前提进行实施，给出了具体的实施方式和详细的操作过程。
实施例1:镁合金微管的制备方法，步骤如下:
(1)以质量百分比计，所述合金中，Y的含量为3.6%，Nd的含量为2.1%，La（Ce) 的含量为0.2%，Zr的含量为0.2%，其余为Mg，将配好的镁合金原料在通有高纯氩气的真空感应炉内熔炼浇铸，熔炼温度为800℃；
(2)然后在495℃的温度下保温8h并空冷，在485℃的温度下保温12h并随炉冷却。将热处理后的铸态合金加工成直径为30mm的圆柱棒，通过锥形模正挤压与等径角挤压复合模具进行复合挤压，首先将所述圆柱棒放入到复合模具内，加热电阻丝加热温度为510℃，采用10KN的压力机向下挤压复合模具，挤压速度为4mm/s，挤压比为4.6；
(3)采用坯料和模具一体化加热方法制备镁合金微管，首先将镁合金微管坯料加工成内径为3.08mm，厚度为3.05mm的筒形坯料，再将筒形坯料放到挤压模具内，然后将坯料和挤压模具同时加热，加热温度为510℃，保温3h；
(4)采用10KN的压力机向下挤压模具，挤压速度为5mm/s，挤压比6。挤压完成后，在高温状态下即时退出凸模，镁合金微管热态下即时脱模。经过2道次挤压可得到外径为3.4mm、厚度为0.16mm的镁合金微管。
专用模具的实施例:
如图1所示，制备镁合金微管的专用模具，包括有凸模组件、凹模组件和导向组件，其中凸模组件同轴地位于凹模组件的正上方并与凹模组件套接，导向组件与凸模组件和凹模组件固定连接。凸模3与上模座1靠凸模垫板2进行定位，凸模3通过六个内六角螺钉紧固在上模座1上。凹模垫板7安装在凹模4和下模座8 中间，凹模垫板7通过四个内六角螺钉链接在下模座8上，凹模4、凹模垫板7和下模座8通过四个内六角螺钉固定连接。加热电阻丝5螺旋式的缠绕于凹模4的外表面。导柱9与导套10轴线重合并且套接，并且分别通过压配合与下模座8和上模座1固定。
如图1、图3所示，凹模4由左半模11和右半模12组成，左半模11和右半模12靠两个定位销进行定位并通过六个内六角螺钉固定链接。凹模4中的锥形模正挤压部分模锥角为100°，等径角挤压部分内角为108°，外角为60°。
实施例2: 镁合金微管的制备方法，步骤如下:
（1）以质量百分比计，所述合金中，Y的含量为4.2%，Nd的含量为2.5%，La（Ce)的含量为0.8%，Zr的含量为0.8%，其余为Mg，将配好的镁合金原料在通有高纯氩气的真空感应炉内熔炼浇铸，熔炼温度为800℃；
(2)然后在495℃的温度下保温8h并空冷，在485℃的温度下保温12h并随炉冷却。将热处理后的铸态合金加工成直径为30mm的圆柱棒，通过锥形模正挤压与等径角挤压复合模具进行复合挤压，首先将所述圆柱棒放入到复合模具内，加热电阻丝加热温度为510℃，采用10KN的压力机向下挤压复合模具，挤压速度为4mm/s，挤压比为4.6；
(3)采用坯料和模具一体化加热方法制备镁合金微管，首先将镁合金微管坯料加工成内径为2.92mm，厚度为2.12mm的筒形坯料，再将筒形坯料放到挤压模具内，然后将坯料和挤压模具同时加热，加热温度为510℃，保温3h；
（4）采用10KN的压力机向下挤压模具，挤压速度为5mm/s，挤压比5。挤压完成后，在高温状态下即时退出凸模，镁合金微管热态下即时脱模。经过2道次挤压可得到外径为3.2mm、厚度为0.14mm的镁合金微管。
实施例3:镁合金微管制备方法，步骤如下:
(1)以质量百分比计，所述合金中， Y的含量为3.9%，Nd的含量为2.3%，La（Ce)的含量为0.5%，Zr的含量为0.5%，其余为Mg，将配好的镁合金原料在通有高纯氩气的真空感应炉内熔炼浇铸，熔炼温度为780℃；
(2)然后在480℃的温度下保温10h并空冷，在470℃的温度下保温14h并随炉冷却。将热处理后的铸态合金加工成直径为30mm的圆柱棒，通过锥形模正挤压与等径角挤压复合模具进行复合挤压，首先将所述圆柱棒放入到复合模具内，加热电阻丝加热温度为490℃，采用10KN的压力机向下挤压复合模具，挤压速度为3mm/s，挤压比为6.25；
(3)采用坯料和模具一体化加热方法制备镁合金微管，首先将镁合金微管坯料加工成内径为2.76mm，厚度为4.4mm的筒形坯料，再将筒形坯料放到挤压模具内，然后将坯料和挤压模具同时加热，加热温度为500℃，保温2h；
(4)采用10KN的压力机向下挤压模具，挤压速度为4mm/s，挤压比4.5。挤压完成后，在高温状态下即时退出凸模，镁合金微管热态下即时脱模，经过3道次挤压可得到外径为3mm，厚度为0.12mm的镁合金微管。

Claims (1)

1.一种镁合金微管的制备方法，其特征在于，其步骤为：
（1）制备铸态镁合金坯料：
所述镁合金中，以质量百分比计，Y的含量为3.6~4.2%；Nd的含量为2.1~2.5%；La（Ce）的含量为0.2~0.8%（65%La+35%Ce）；Zr的含量为0.2~0.8%，其余为Mg；在通有高纯氩气的真空感应炉内熔炼浇铸，浇注温度为780~800℃；将铸态镁合金进行固溶和均匀化退火处理，固溶处理温度为470~510℃，保温时间为6~10h，在空气中冷却；均匀化退火处理温度为460~500℃，保温时间为10~16h，随炉冷却；
（2）制备超细晶镁合金微管坯料：
通过锥形模正挤压与等径角挤压复合模具制备超细晶铸态合金微管坯料，首先将热处理后的铸态镁合金加工成直径为25~35mm的圆柱棒，把圆柱棒放入到复合模具内，加热电阻丝加热温度为470~510℃，采用10KN的压力机向下挤压复合模具，挤压速度为3~6mm/s，挤压比为4~7；
完成锥形模正挤压与等径角挤压的复合挤压后，开模取出超细晶镁合金微管坯料；
（3）制备镁合金微管：
采用坯料和模具一体化加热方法制备镁合金微管，首先将超细晶镁合金微管坯料加工成内径为2~4mm，厚度为2~5mm的筒形坯料，并放到挤压模具内，然后将坯料和挤压模具同时加热，加热温度为480~520℃，保温2~4h；
采用10KN的压力机向下挤压所述挤压模具，挤压速度为3~6mm/s，挤压比4 ~7；挤压完成后，在高温状态下即时退出凸模，镁合金微管热态下即时脱模；经过2 ~3道次挤压可得到镁合金微管；
步骤（2）中所述复合模具包括包括有凸模组件、凹模组件和导向组件，所述凸模组件同轴地位于凹模组件的正上方并与凹模组件套接，所述导向组件与所述凸模组件和所述凹模组件固定连接；所述凹模组件包括凹模、加热电阻丝、保护套、凹模垫板和下模座，所述凹模垫板安装在所述凹模和所述下模座中间，所述凹模垫板通过内六角螺钉连接在所述下模座上，所述凹模、所述凹模垫板和所述下模座通过内六角螺钉固定连接，所述加热电阻丝螺旋式的缠绕于所述凹模的外表面；所述凸模组件包括上模座（1）、凸模垫板（2）和凸模（3），凸模（3）与上模座（1）靠凸模垫板（2）进行定位，凸模（3）通过内六角螺钉紧固在上模座（1）上；所述导向组件包括导柱（9）和导套（10），导柱（9）与导套（10）轴线重合并且套接，导柱（9）和导套（10）通过压配合分别压入下模座（8）和上模座（1）；所述凹模（4）由左半模（11）和右半模（12）组成，左半模（11）和右半模（12）靠定位销进行定位并通过内六角螺钉固定连接；凹模（4）中的锥形模正挤压部分模锥角为90~120°，等径角挤压部分内角为100~110°，外角为50~80°。
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