专利名称:一种镁合金加工设备的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种新型高强、高韧镁合金的加工设备。该发明属于材料 加工领域。
背景技术:
镁合金为目前最轻的结构金属,密度约为铝的3/5,钢的1/4。镁合 金还具有良好的导电导热性以及电磁屏蔽性等诸多优点。镁合金零部件已 经在汽车工业与电子通讯产品上得到一定范围内的应用,但是,镁合金零 部件由于强度较低,限制了其在工业上进一步应用,尤其是汽车工业上的 应用。目前主要采用变形与添加大量稀土元素来提高镁合金的力学性能,这 两种方法由于成本高、成品率低等原因而无法适应大规模工业生产。工业上绝大多数镁合金零部件采用压铸技术生产。由于压铸过程中, 熔体注射速度较高,气体易巻进熔体,并在高温、高压条件下进入熔体, 因而压铸件不适宜焊接和热处理。同时,压铸镁合金零部件的力学性能普 遍力学性能不够高,AZ91D合金经压铸后抗拉强度只能达到230MPa左右, 无法满足一些力学性能要求较高的场合,如汽车轮毂的生产。虽然塑性加 工可明显改善镁合金的力学性能,但目前能够进行塑性加工的镁合金牌号 较少,目前较常见的形变镁合金仅有AZ31、 ZK60等。由于镁合金为密排 六方结构,挤压变形产品的力学性能在平行和垂直于挤压方向表现出较严 重的各向异性;挤压件另一力学不对称现象就是抗压屈服强度要比抗拉屈 服强度明显减小。同时,镁合金的塑性加工效率低,成品率也较低,无形 之中增加了镁合金零部件的成本。近几年发明的触变成形技术所生产的铸 件具有组织细小、均匀的特征,同时也避免了气孔、縮松和热裂现象,但 由于镁粒的氧化问题而影响了该工艺在生产实际中的应用。因此,提供一种可显著改善铸件内部组织,提高铸件力学性能,以满 足汽车镁合金轮毂、方向盘、刹车活塞助力器等零部件生产需要的镁合金 的加工设备就成为该技术领域急需解决的问题。 发明内容本发明的目的是提供一种高强、高韧镁合金加工设备。 为实现上述目的,本发明采取以下技术方案-一种镁合金加工设备,其特征在于所述加工设备包括恒温炉、熔体 传送系统、模具、支撑平台及电磁搅拌装置;所述支撑平台位于所述恒炉 之上,所述电磁搅拌装置位于所述支撑平台之上,所述恒温炉通过所述熔 体传送系统与所述模具相连接;所述模具上设有增压杆。一种优选技术方案,其特征在于所述恒温炉从外到里包括保温层、 电阻丝、石墨坩埚、热电偶以及混合气氛输送管,并且所述恒温炉与所述 支撑平台以螺栓连接,以构成封闭体系,便于恒温炉内产生0.2-0.3atm 的压力。一种优选技术方案,其特征在于所述熔体传送系统包括导管、电磁 搅拌导管和升降式阀门,其中所述导管穿过支撑平台(间隙配合),连接 恒温炉和电磁搅拌导管,升降式阀门的运动由导管升降来控制。一种优选技术方案,其特征在于所述模具包括上模、侧模和下模, 各部分由螺栓连接,各部分之间间隙可调整,以保证气体的溢出;下模在 模具进料口与电磁搅拌导管连接。一种优选技术方案,其特征在于所述模具下部两端设有支撑装置。所述增压杆和油压机(未标出)相连接,增压杆可在模具冒口中上下 往复运动,接触面光滑且为间隙配合。其中所述恒温炉可较精确地将熔体控制在580-60(TC之间,熔体上下 温差可控制在7。C范围内,并有SFe和C02混合气氛保护;熔体传送系统可提供0.2-0.3atm的压力将熔体平稳输送至模具型腔内;电磁搅拌装置可 在熔体传送过程中进行电磁搅拌,以破粹在导管壁附近形成的晶枝,同时 可起到均匀成分并使浆料流速更加平稳的作用;增压杆用于传递油压机所 产生的压力;模具用于高温高压浆料的成形与冷却。本发明的镁合金加工设备的优点是镁合金熔体经净化处理后,传送到恒温炉中,对AZ91D合金熔体温度保持在580'C-62(TC范围内,经过一 定时间的保温,以形成一定比例的a晶核,然后经电磁搅拌后充型,充 型完毕后施以高压,根据Clausius-Clapeyron公式,熔体的平衡凝固温
度随外界压力增大而上升(v,〉v丄因而在高压下就很容易得到较大的过 冷度。经理论计算表明在100-150MPa的压力下,AZ91D合金的液相线温 度可以提升1(TC左右,导致较大的形核驱动力,促使剩余液相的第二次形 核。因此,在半固态与高压凝固条件下,镁合金铸件的显微组织可得到明显细化,同时消除了气孔、热裂、成分偏析等铸造缺陷。本发明所涉及的新型镁合金加工装置主要有以下几个特点1. 采用低压气体将镁合金熔体充型,可避免气体巻入熔体。2. 进行压力加工前,型腔中的气体可从气缝中逃逸。3. 模具具有足够的高温强度,保证承受尽可能大的压力。4. 主要通过控制熔体保温温度、保温时间、充型速度、模具温度等 参数来实现对制件组织与性能的控制。下面通过附图和
具体实施方式
对本发明作进一步说明,但并不意味着 对本发明保护范围的限制。
图l是本发明镁合金加工设备的结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图l所示,是本发明镁合金加工设备的结构示意图。AZ91D合金在 熔炼炉中熔炼好后,浇入通过SF6和C02混合气体气氛输送管9输送的保护 气体的恒温炉10中保温,熔体温度保持在62(TC保持10分钟,在恒温炉 中施加0.3atm压力,浆料经导管8流入电磁搅拌导管5中,该处电磁搅 拌装置7搅拌2分钟,此时升降式阀门15打开,浆料经进料口 17流入模 具型型腔6中,充型时间为0.2分钟,充型完毕关闭升降式阀门15,型腔 温度为240°C,通过增压杆1加压,所述增压杆1可在模具冒口 16中上下 往复运动。所述模具下部两端各设有支撑柱11和14;所述恒温炉上部设 有支撑平台13,下部设有导轨12。待铸件凝固后去压(提起增压杆1), 打开上模2,下模3以及侧模4。取出铸件,经42:0'C固溶处理18小时, S02气体保护,水淬至室温。时效温度为20(TC,时效时间为8小时。 '平均晶粒尺寸36.4tim。 (GB/T6394-2002,直线截点法,下同) AZ91D合金铸态的室温力学性能为(ASTM-B557,静态拉伸,下同)
抗拉强度286MPa,屈服强度184MPa,延伸率6.4%。 AZ91D的室温T6态力学性能为抗拉强度316.2MPa,屈服强度2匿a,延伸率3.2%。 实施例2AZ91D合金在熔炼炉中熔炼好后,通过SFe和C(V混合气体气氛输送管 9输送的保护气体的恒温炉10中保温,熔体温度保持在62(TC保持15分 钟,在恒温炉中施加0.3atm压力,浆料经导管8流入电磁搅拌导管5中, 该处电磁搅拌装置7搅拌2分钟,此时升降式阀门15打开,浆料经进料 口 17流入模具型型腔6中,充型时间为0.2分钟,充型完毕关闭升降式 阀门15,型腔温度为240'C,通过增压杆l加压,所述增压杆l可在模具 冒口 16中上下往复运动。所述模具下部两端各设有支撑柱11和14;所述 恒温炉上部设有支撑平台13,下部设有导轨12。待铸件凝固后去压(提 起增压杆l),打开上模2,下模3以及侧模4。取出铸件,经42(TC固溶 处理18小时,SOs气体保护,水淬至室温。时效温度为20(TC,时效时间 为8小时。平均晶粒尺寸35.8ym。AZ91D合金铸态的室温力学性能为-抗拉强度278MPa,屈服强度鹿Pa,延伸率6.8%。AZ91D的室温T6态力学性能为抗拉强度306MPa,屈服强度196MPa,延伸率3.7%。 实施例3AZ91D合金在熔炼炉中熔炼好后,浇入SFe和C(V混合气体气氛输送管 9输送的保护气体的恒温炉10中保温,熔体温度保持在600'C保持10分 钟,在恒温炉中施加0.3atm压力,浆料经导管8流入电磁搅拌导管5中, 该处电磁搅拌装置7搅拌2分钟,此时升降式阀门15打开,桨料经进料 口 17流入模具型型腔6中,充型时间为0.2分钟,充型完毕关闭升降式 阀门15,型腔温度为24(TC,通过增压杆l加压,所述增压杆l可在模具 冒口 16中上下往复运动。所述模具下部两端各设有支撑柱11和14;所述 恒温炉上部设有支撑平台13,下部设有导轨12。所述升降式阀门15的下 部设有进料口 17。待铸件凝固后去压(提起增压杆l),打开上模2,下模 3以及侧模4。取出铸件,经420'C固溶处理18小时,S02气体保护,水淬
至室温。时效温度为20(TC,时效时间为8小时。 平均晶粒尺寸32.7um。 AZ91D合金铸态的室温力学性能为 抗拉强度292MPa,屈服强度205MPa,延伸率6.5%。 AZ91D的室温T6态力学性能为抗拉强度327MPa,屈服强度228MPa,延伸率41 实施例4AZ91D合金在熔炼炉中熔炼好后,浇入SFe和C02混合气体气氛输送管 9输送的保护气体的恒温炉10中保温,熔体温度保持在6(KTC保持15分 钟,在恒温炉中施加0.3atm压力,桨料经导管8流入电磁搅拌导管5中, 该处电磁搅拌装置7搅拌2分钟,此时阀门升降式15打开,浆料经进料 口 17流入模具型型腔6中,充型时间为0. 2分钟,充型完毕关闭升降式 阀门15,型腔温度为24(TC,通过增压杆l加压,所述增压杆l可在模具 冒口 16中上下往复运动。所述模具下部两端各设有支撑柱11和14;所述 恒温炉上部设有支撑平台13,下部设有导轨12。待铸件凝固后去压(提 起增压杆l),打开上模2,下模3以及侧模4。取出铸件,经42(TC固溶 处理18小时,S02气体保护,水淬至室温。时效温度为20(TC,时效时间 为8小时。平均晶粒尺寸33. lym。AZ91D合金铸态的室温力学性能为抗拉强度286MPa,屈服强度191 MPa,延伸率61AZ91D的室温T6态力学性能为抗拉强度3證a,屈服强度207MPa,延伸率4.0%。
权利要求
1. 一种镁合金加工设备,其特征在于所述加工设备包括恒温炉、熔体传送系统、模具、支撑平台及电磁搅拌装置;所述支撑平台位于所述恒炉之上,所述电磁搅拌装置位于所述支撑平台之上,所述恒温炉通过所述熔体传送系统与所述模具相连接;所述模具上设有增压杆。
2、 根据权利要求1所述的镁合金加工设备,其特征在于所述熔体 传送系统包括导管、电磁搅拌导管和升降式阀门,其中所述导管穿过支撑 平台连接恒温炉和电磁搅拌导管。
3、 根据权利要求2所述的镁合金加工设备,其特征在于所述模具 包括上模、侧模和下模,各部分由螺栓连接,各部分之间间隙可调整,以 保证气体的溢出;下模在模具进料口与电磁搅拌导管连接。
4、 根据权利要求3所述的镁合金加工设备,其特征在于所述模具 下部两端设有支撑装置。
5、 根据权利要求4所述的镁合金加工设备,其特征在于所述恒温 炉从外到里分别是保温层、电阻丝、石墨坩埚、热电偶以及混合气氛输送 管,并且所述恒温炉与所述支撑平台以螺栓连接。
全文摘要
一种镁合金加工设备,其特征在于所述加工设备包括恒温炉、熔体传送系统、模具、支撑平台及电磁搅拌装置;所述支撑平台位于所述恒炉之上,所述电磁搅拌装置位于所述支撑平台之上,所述恒温炉通过所述熔体传送系统与所述模具相连接;所述模具上设有增压杆。本发明所涉及的新型镁合金加工装置主要有以下几个特点1.采用低压气体将镁合金熔体充型,可避免气体卷入熔体。2.进行压力加工前,型腔中的气体可从气缝中逃逸。3.模具具有足够的高温强度,保证承受尽可能大的压力。4.主要通过控制熔体保温温度、保温时间、充型速度、模具温度等参数来实现对制件组织与性能的控制。
文档编号B22D17/08GK101209489SQ200610169650
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者李德富, 健 沈, 邹宏辉, 马志新 申请人:北京有色金属研究总院