本发明涉及镁合金管材制备领域，具体涉及一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺。
技术背景
镁合金作为最轻的工程金属材料，具有比强度高、比刚度高、阻尼减震性好、尺寸稳定性好、机加工方便、易于回收等优点，被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”。
现阶段商业用镁合金管材的制备工艺主要为铸造和挤压。上述工艺均有其缺点，挤压态和铸态的管材虽然生产效率高，技术较为成熟，但是在管材的性能上具有明显的缺陷，难以用于需要高强度的场合，且在组织性能上仍有较大的提升空间。普通轧制虽可以满足上述缺陷，但是多道次轧制过程中由于镁合金材料对温度非常敏感，导致材料延伸率难以控制，辊速匹配仍是较大问题，很容易在成形过程中使管材产生拉料或者堆料，对管材质量以及性能产生不利影响。
工业上尤其在汽车工业以及航空航天等对重量和强度要求较高的上，为了实现轻量化和节能减排的目的，主要从两个角度出发，一是采用轻量化的材料，二是通过强度设计加强轻质结构件的力学性能，本专利从这两个角度出发，设计了一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺。
本专利解决了现有技术中，由于镁合金材料难加工和加工出的管材性能较差的问题。
技术实现要素：
针对上述技术情况，本发明的目的在于：从轧制的坯料塑性优化入手，采用推轧工艺对铸态或者挤压态的镁合金管材进行加工处理，随后通过三辊推轧工艺对管材进行轧制外筋，以提供一种短流程、高性能、高成材率的镁合金管材制备工艺。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种高性能短流程带筋镁合金管材推轧工艺，具体包括以下工艺流程：
（一）坯料预加热工序，将管坯置于加热炉中对其进行加热，升热速度为50℃/s~70℃/s，将温度加热至250℃~500℃后，将芯棒送入坯料，缩口芯棒为勺状，芯棒预热至250℃；
（二）缩口工序：将加热后的管坯插入芯棒后用夹钳将其加持住后，送入缩口模具进行缩口，压下量由管壁厚度和管坯直径定，单边压下2mm~7mm，确保缩口后管坯前端与芯棒接触并有一定的单向抗拉力，再松开夹钳进入下一道工序；
（三）粗轧工序：推动芯棒从而带动缩口后的管坯送入轧辊，推送速度为0.5m/s~1m/s，对管坯进行减径减壁，增强其组织性能；
（四）归圆工序：推动芯棒从而带动管坯送入轧辊，推送速度为0.7m/s~1.5m/s，对管坯进行小压下归圆，便于进入下一道次进行外筋的轧制；
（五）外筋轧制工序：继续推动芯棒进入带孔型的轧辊，推送速度为0.5m/s~1.5m/s，对管坯进行外筋的轧制，增强其力学性能；
（六）快冷工序：将轧制后的管坯迅速通过液氮快冷装置；
（七）松棒工序：经过快冷工序的管材经过松棒工序松棒后，切除管坯缩口段，成品完成。
所述缩口装置以夹持咬入的方式进行缩口，由夹持装置、缩口模具和特制芯棒组成，其缩口具体流程为将缩口模具固定，管坯套于芯棒之上，加持装置夹紧管坯，将管坯及芯棒整体送入缩口模具，完成缩口工序。
所述芯棒在缩口处的形状为勺状，如图7所示，前端倾斜角度α为25°~45°之间，后端圆弧半径r为芯棒半径的12%~17%。
所述管材的缩口工序需对夹钳及缩口模具进行预热，在完成缩口工序后需将缩口模具及夹持装置松开。
所述轧制孔型为椭圆-圆-椭圆孔型，其椭圆孔型椭圆度为1.03~1.08。
所述推轧工艺中，前四道次也就是减壁道次推送速度为0.5m/s~1.5m/s，后四道次也就是外筋轧制道次的推送速度为0.5m/s~1.5m/s。由于初始状态下管坯与芯棒有一定间隙，所以首道次轧制过程需有[l1][2]及保持管材前端平面与轧制中心线垂直。
本发明在铸态及挤压管材的基础上，对管材性能进行改善，其主要有三种形式：一是采用大压下细化晶粒，增强材料自身的性能；二是进行外筋的轧制，显著增强管材力学性能；三是进行快冷工序，阻止晶粒粗化并显著提高材料强度和刚度。
本发明所采用的缩口方式改变了传统意义上的捶打缩口方式，采用夹持咬入的方式，其在芯棒上特制的勺状缩口解决了传统缩口方式中由于芯棒和管坯之间点接触或线接触所导致的力的偏载情况以及在轧制结束后松棒困难的问题；且在推轧过程中，得益于环形包裹型的缩口，能够使坯料自动对中，无需额外的加持装置；其单向勺状缩口既能保证在芯棒推轧过程中管材与芯棒连接的可靠性，又能保证在后续脱棒工序中脱棒顺利。
本工艺采用推轧的方式，相对y型轧制而言，推轧方式传动精简，尺寸较小，且孔型安排更紧凑，不会产生拉料和堆料等缺陷，且可以使用在外筋的轧制过程中采用无辊缝孔型，抑制耳子的产生。各道次之间可调整，具有很强的灵活性适应多种尺寸。
本发明在轧制阶段采用椭圆-圆-椭圆孔型，很好的规避了在压下量较大情况下时，由于集中载荷的作用使得芯棒抱死的情况。
本发明的有益效果是：采用夹持咬入缩口工艺，有效解决了常规缩口方式缩口不稳定以及松棒困难的缺点；采用芯棒主动推轧的方式，合理的解决了常规轧制过程中辊速不匹配而产生拉料堆料的问题；采用外筋轧制的方式，解决了镁合金管材质量轻但强度一般的问题，可以在多种场合运用；采用快冷工艺，抑制的晶粒的粗化，加强了管坯的力学性能。
附图说明
图1是镁合金推管轧制原理示意图；
图2是缩口工序示意图；
图3是缩口工序截面正视图；
图4是缩口工序截面斜视图；
图5是缩口模具示意图；
图6是芯棒示意图；
图7是芯棒缩口处放大图；
图8是轧制工序全部孔型示意图；
图9是大压下轧制道次示意图；
图10是大压下轧制道次孔型示意图；
图11是归圆道次孔型示意图；
图12是外筋轧制道次示意图；
图13是外筋轧制道次孔型示意图；
图中：1、芯棒；2、管坯；3、夹钳；4、缩口模具；5、大压下轧制道次；6、归圆道次；7、外筋轧制道次；8、快冷装置。
具体实施例
以下通过实例对本申请进行说明
实施例一
所用管材坯料为铸态az61镁合金，原始尺寸为外径φ50mm，内径φ32mm。长度200mm，所用芯棒外径φ30mm，芯棒表面涂抹粉状石墨润滑剂，轧辊先使用热辊料预热，防止温度骤降导致管坯塑性下降。将芯棒同管坯同时加热至300℃，此后通过后端夹持前方坡口渐进咬入的方式对管坯进行缩口，单边压下2mm。然后推动芯棒以2m/s的速度进行轧制。经过前四道次轧制后得到外径40mm，内径30mm的管材，继续推动芯棒以1.2m/s进行后四道次的轧制，轧制工序完成后立刻进行快冷工序。随后将芯棒取出，得到壁厚3.5mm，外筋高1mm的高强度镁合金管材。
本实例轧制过后的管材力学性能如下：抗拉强度为：290mpa~315mpa。
实施例二：
所用管材为挤压态az31b镁合金管坯，原始尺寸为外筋φ150mm内径φ100mm，长度1500mm。所用芯棒内径φ95mm。芯棒表面涂抹mos2润滑剂，轧辊采用火焰喷烤方式进行预热。芯棒和管坯随炉加热至350℃，此后通过后端夹持前方坡口渐进咬入的方式对管坯进行缩口，单边压下3mm经过前四道次轧制，单边压下量分别为4mm、3mm、2.5mm、2mm。在以1.5m/s的速度进行后四道次的轧制，再进行快冷工序。经过脱棒后得到外径φ115mm，内径φ95mm，筋高4mm的管材。
本实例轧制过后的管材力学性能如下：抗拉强度为：315mpa~325mpa。
以上所述，仅为本发明中部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，基于本发明中的方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案，都属于本发明保护的范围。
1.一种高性能短流程带筋镁合金无缝管坯的推轧工艺，其特征在于：
具体步骤包括以下流程：
坯料预加热工序，将管坯置于加热炉中对其进行加热，升热速度为50℃/s~70℃/s，将温度加热至250℃~500℃后，将芯棒送入坯料，缩口芯棒为勺状，芯棒预热至250℃；
缩口工序：将加热后的管坯插入芯棒后，用夹钳将其加持，送入缩口模具进行缩口，单边压下2mm~7mm，确保缩口后管坯前端与芯棒接触，再松开夹钳进入下一道工序；
粗轧工序：推动芯棒从而带动缩口后的管坯送入轧辊，推送速度为0.5m/s~1m/s；
归圆工序：推动芯棒从而带动管坯送入轧辊，推送速度为0.7m/s~1.5m/s；
外筋轧制工序：继续推动芯棒进入带孔型的轧辊，推送速度为0.5m/s~1.5m/s，对管坯进行外筋的轧制；
快冷工序：将轧制后的管坯迅速通过液氮快冷装置；
松棒工序：经过快冷工序的管材经过松棒工序松棒后，切除管坯缩口段，成品完成。
2.根据权利要求1所述的一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺，其特征在于：所述芯棒在缩口处的形状为勺状，采用夹持咬入的缩口方式，前端倾斜角度α为25°~45°之间，后端圆弧半径r为芯棒半径的12%~17%。
3.根据权利要求1所述的一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺，其特征在于：所述缩口工序以夹持咬入的方式进行缩口，由夹持装置、缩口模具和芯棒组成缩口装置。
4.根据权利要求1所述的一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺，其特征在于：所述管材的缩口工序需对夹钳及缩口模具进行预热，在完成缩口工序后需将缩口模具及夹持装置松开。
5.根据权利要求1所述的一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺，其特征在于：所述粗轧工序、归圆工序以及外筋轧制工序中，管坯的推轧的轧制总道次为4~8次。
6.根据权利要求1所述的一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺，其特征在于：粗轧工序孔型为无辊缝椭圆-圆-椭圆孔型，其中椭圆孔型的椭圆度为1.03~1.08。
7.根据权利要求1所述的一种高性能短流程带筋镁合金无缝管材的推轧工艺，其特征在于：所述外筋轧制工序，其孔型为无辊缝孔型。
技术总结