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AZ61镁合金半固态触变挤压成形工艺研究
摘要
本文利用半固态金属成形技术，对AZ61镁合金的触变挤压成形工艺进行了研究。通过对试样形貌以及成形力的分析，探究了成形工艺的影响因素，并优化了成形工艺参数。结果表明，采用半固态金属成形技术可以成功制备出AZ61镁合金的复杂零件，并且能够保持材料原有的优异性能。
关键词：
AZ61镁合金；半固态金属成形；触变挤压成形；成形力；成形工艺参数
Abstract
Inthispaper,weinvestigatethesemi-solidmetalformingtechnologyfortheAZ61magnesiumalloybyusingthethixoformingprocess.Throughtheanalysisofthesamplemorphologyandformingforce,weexploretheinfluencingfactorsoftheformingprocessandoptimizetheformingprocessparameters.Theresultsshowthatusingthesemi-solidmetalformingtechnologycansuccessfullyfabricatecomplexpartsofAZ61magnesiumalloyandmaintainitsexcellentproperties.
Keywords:
AZ61magnesiumalloy;semi-solidmetalforming;thixoforming;formingforce;formingprocessparameters
引言
镁合金作为一种轻质高强度于一体的材料，近年来在汽车、航空航天以及电子等领域被广泛应用。其中AZ61镁合金因其良好的机械性能和热加工性能而备受关注。然而，传统的热加工工艺对材料的变形和成形有很大的局限性，同时会造成材料的缺陷和变形，从而降低其性能。半固态金属成形技术是一种利用半固态金属熔体进行可控成形的先进制造技术，可以有效地解决传统热加工工艺存在的问题。
半固态金属成形技术通常可分为2种：凝固状态半固态金属成形和加热状态半固态金属成形。凝固状态半固态金属成形是指在金属熔体贮存、输送和注射过程中实现半固态状态的成形过程；而加热状态半固态金属成形是指通过对金属料进行热处理，使其处于半固态状态下进行成形。
触变挤压成形是半固态金属成形技术中一种成形复杂部件的重要方法。触变挤压成形采用高温下的半固态金属料，在挤压过程中发生液态流变，实现材料塑性变形和成形。触变挤压成形在制备类似于零件形状复杂的轻金属件方面具有优异的成形性能，而AZ61镁合金作为一种典型的轻金属，半固态金属成形技术和触变挤压成形技术被视为制备其复杂部件的有效手段。
本文将探究AZ61镁合金半固态触变挤压成形工艺的相关参数，通过实验研究，改进工艺参数，优化触变挤压成形工艺，获得高质量的复杂零件。
材料和方法
实验材料
本文采用的AZ61镁合金材料在厚度为10mm的板材上采用电解电磨镜面处理，切割成长20mm、宽10mm、高10mm的柱形试样（图1）。
实验设备
触变挤压实验采用了GNX20040高温触变挤压成形机。该机通过一对双锥体挤压的方式进行成形，同时向试样加热。实验采用SiC陶瓷作为工作模铸，通过切割工作模铸得到10度挤压填垫，并将其分别安装在顶部模板和底部模板内。
实验方法
选取挤压温度、挤压速度和填垫角度作为影响触变挤压成形的三个主要参数，并设计对应的试验矩阵。在挤压过程中测量和记录挤压力，并采用SEM技术对成形前后的试样形貌及微观组织进行分析。
结果讨论
研究AZ61镁合金的半固态触变挤压成形工艺，我们首先选取了四个不同的温度（350℃、375℃、400℃和425℃）、三个不同的速度（0.2mm/s、0.4mm/s和0.6mm/s）以及两个不同的填垫角度（10°和15°）进行了实验。通过实验研究，我们得到了不同工艺条件下的成形力曲线（图2）。
观察图2，我们发现，在所有试验条件下，成形力都随着挤压温度的升高而降低，随着挤压速度的升高而增加。同时，在所有试验条件下，填垫角度为10°时成形力均明显低于填垫角度为15°的情况。这说明，这些参数对于材料的成形过程有显著的影响。根据成形力曲线的变化，我们可以确定最佳的参数组合为：挤压温度375℃，挤压速度0.2mm/s，填垫角度10°。
通过SEM分析，我们可以观察试样在不同工艺条件下的形貌变化，进一步了解参数对材料成形的影响。图3展示了在不同温度下制备的试样形貌。在350℃和375℃的条件下，试样表面明显存在颗粒状微观组织，说明此时镁合金处于半固态状态。随着温度的升高，镁合金逐渐变为液态，试样表面出现较为平滑的微观组织