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研究镁合金管件挤压成形技术

浏览:231 发表时间:2019-12-27 08:53:13

由于挤压加工是在向压应力状态下加工成形的方法,适用于低塑性材料的成形加工,因此挤压成形是生产变形镁合金的重要手段,本文对镁合金管件挤压工艺进行了生产性试验研究。

近年来,铸造领域中一些新的生产工艺和技术,如压力铸造技术、半固态成形技术等都被用来开发新型镁合金材料,并取得了很大的进展。与这些工艺生产的铸态材料相比,变形镁合金材料更具发展前途与潜力,通过变形可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品,并且可以通过材料组织的控制和热处理工艺的应用,获得比铸造镁合金材料更高的强度,更好的延展性,更多样化的力学性能,从而满足更多结构件的需要。

目前,世界发达国家已着手镁合金材料的大力开发与研究,镁及镁合金被应用在航天航空、国防军工、交通运输、电子器件壳体、体育器材和办公用品等领域,加速开发镁的应用已经成为必然趋势。因此,研究与开发新型变形镁合金,开发变形镁合金生产新工艺,生产高质量的变形镁合金产品显得十分重要。由于挤压加工是在向压应力状态下加工成形的方法,适用于低塑性材料的成形加工,因此挤压成形是生产变形镁合金的重要手段。本文对镁合金挤压工艺进行了生产性试验研究。

1、试验方法

1.1 试验材料——试验采用工业应用最广泛的AZ91D镁合金

1.2 挤压模具的结构设计模具的尺寸与坯料尺寸要相匹配,其强度和表面精度必须满足要求,以获得表面质量光滑的管件.模具的关键部件是挤压筒、挤压杯、挤压垫片和挤压针,通过更换不同的挤压针尺寸可以获得不同的挤压比。本次试验中,采用30。锥角配合方式密封,其优点是密封性能强,易对准中心,有自动调心的功能,可保证管材的壁厚均匀。其缺点是接触面积小,有可能因为工作的单位压力过高而产生局部压塌。

1.3 挤压温度的确定
挤压温度是 300挤压参数中最活≤250跃的因素。从理论上考虑,应根据合金的相图、塑性图和再结晶 00图来确定。即挤压温度应低于合挤压比,图3 抗拉强度对比由金的固相线,高于再结晶温度,并且是塑性较好的温度,再综合考虑其他因素的影响。但实际上远较此复杂,尤其对镁合金而言,它易燃、易爆,需要格外注意。因此在镁合金管件挤压中,首要的是要确定挤压温度。首先在CSS一55100电子万能试验机上进行不同温度的拉伸试验来确定合理的变形温度范围。试验结果如图3所示。从图中可以看出,AZ91D在250℃ 以上时,抗拉强度降低较快,伸长率和断面收缩率明显增大,根据现有设备条件,安全和产品质量的综合考虑,确定镁合金AZ91D的挤压温度定分别为380 ℃ 、430℃ 、480℃ 。

1.4 模具预热温度的确定
为了减轻坯料温度的降低,以有利于材料流动性能,必须对模具进行预热,但不能高于其回火温度,以保证模具的强度。在挤压过程中,坯料由于剧烈变形而释放热量,使坯料和模具的温度升高。为保证在变形的全过程中坯料和模具保持在预定的温度范围内,模具预热温度要根据坯料温度变化而变化,应比坯料温度低20~30℃ 。

1.5 润滑剂的选择
为了减轻坯料与挤压筒及凹模之间的摩擦,要求润滑剂具有以下特点:
1)对工具与变形金属表面有较强的黏附能力。
2)有适当黏度,对工具与变形金属有一定的化学稳定性,燃后残留物少,对人体无害等。
3)利于调节和控制,成本低,易于清洗等。
4)能防止黏模,降低摩擦力,有利于金属流动,同时润滑剂还可以起到隔热作用,从而提高模具寿命。在试验过程中,镁合金AZ91D管件挤压采用的润滑剂为进口矿物油和粉剂石墨。

2、试验结果

2.1 挤压AZ91D管件及力学性能
在5 000 kN 挤压液压机上在挤压温度为430℃ 、挤压比是7.125时挤压出的镁合金管材,挤压件无裂纹,表面质量较好。图3是铸锭、挤压铸造与3种不 同温度下不同挤压比的挤压件抗拉强壁度对比图,从图中可以看出,其趋势大体上都是随着挤压比的增大,抗拉强度增大,430℃时5.472 6.546 7.125挤压比的抗拉强度与380℃ 相差不大,但最大值是430℃时挤压比为7.125时达308.9 MPa,380℃ 的抗拉强度次之,此时抗拉强度的最大值在挤压比是7.45时,最高达到280 MPa,挤压铸造和铸锭的抗拉强度较低,铸锭的抗拉强度最低。图4是铸锭、挤压铸造与3种不同温度下不同挤压比的挤压件的伸长率对比图,从图4中可以看出,其趋势是大体上随着挤压比的增大,伸长率增大.挤压温度为430℃ 时伸长率最大,挤压比为7.125时伸长率最高,达到最大值1O.1 ,380℃ 时的伸长率次之,挤压铸造的伸长率普遍比铸锭和480℃挤压时挤压的管件高。综上所述,当挤压温度为430℃ ,挤压比为7.125时,能够获得综合力学性能较好的管材。

2.2 挤压力的变化
在挤压温度为430℃ 时,随着挤压过程的进行,在初始镦粗阶段,挤压力迅速增大,在时问为6s时完全镦粗,压力达到峰值4 850kN,坯料被挤出挤压杯后压力逐渐下降到3 950 kN,随后又开始升高,在10~25 s,挤压力基本稳定在3 950 kN左右,在挤压末端时,挤压力再1次上升,达到4870 kN,此时挤压时间为31 s,整个挤压过程结束。

2.3 挤压件的缺陷分析
在理论上,正挤压时由于各种因素的影响会出现中心开裂、缩孔、表面开裂、凸模角部的毛坯开裂、鼓形等现象。在试验生产中,出现了表面拉伤,凸模角部的毛坯开裂、鼓形等。挤压件的头部开裂是不可避免的,究其原因有2,其1是由于此部分金属与空气接触,受到的力作用自由,变形系数小,其2是锥模挤压时坯料前端面金属流向模面,从而在该处形成1个径向附加拉应力,此拉应力超过此温度下金属的抗拉强度时,就会形成头部开裂。此外,其还与挤压比的大小、填充条件、锥角大小等因素有关。管件出现鼓形是由于挤压针抽回时受力过大所致。经过380℃ 、43O℃ 、480℃3个温度段的试验发现,在380 oC时所需的最大挤压力比其他2个温度的要高,其表面质量最差,出现表面拉伤和开裂的机率也大,430℃ 时挤压的过程最顺利,挤压出来的挤压件质量最好,内外表面粗糙度也都很好。

3、结语

1)镁合金固态挤压成形的工艺参数中,挤压温度和模具预热温度的确定,以及润滑剂的选择对试验的成功与否起着至关重要的作用。
2)挤压筒的外径固定,通过调整挤压针的尺寸容易获得不同挤压比的管件,挤压时挤压杯采用3O。锥角配合方式密封,密封性能强,易对准中心,有自动调心的功能,可保证管材的壁厚均匀。
3)当挤压温度为430℃ 时,挤压出的镁具有较好的力学性能,屈服强度D 在276.106~288.795MPa之问和抗拉强度 在289.7~308.9 MPa,伸长率8在7.5 ~1O.1 之问。
4)在模具设计上,挤压筒、挤压杯和挤压针应该渗氮处理后磨削加工再抛光处理,可以更好地防止产生黏结现象。
5)管件挤压时,在合理控制坯料温度、模具预热温度以及采用合适润滑剂,可以挤出高精度管件,建议使用石墨作为润滑剂。
6)挤压时可以在挤压筒外侧增加可移动哈夫块减少摩擦。

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