Wrought magnesium alloys ZM21, ZW3 and WE43 processed by hydrostatic extrusion with back pressure

Cold hydrostatic extrusion with and without back pressure of commercial ZM21, ZW3 and WE43 magnesium alloys has been performed at originally designed hydrostatic extrusion press operating up to 2000 MPa with back pressure up to 700 MPa. Alloys were cold extruded in one pass into rods between 5 and 9 mm in the outer diameter with product velocities between 1 and 10 m/min and extrusion ratios above 2. Application of back pressure extended formability of all magnesium alloys. It was due to hydrostatic pressure superimposed on the extruded product what inhibits the cracks generation and propagation. Cold deformation restrained the grain growth and softening processes while severe deformation in one pass increased grain refinement and density of internal defects. Ultimate tensile strength ranging from 370 MPa (ZM21) through 400 MPa (ZW3) up to 410 MPa (WE43), with respective yield stresses from 270 MPa through 300 MPa up to 350 MPa and the respective elongation from 13% through 12% to 7% were obtained in extruded rods, which are the best reported data in literature up to this day. Wrought magnesium alloys after hydrostatic extrusion can serve as semi-products for structures that call for high strength, for example as biodegradable implants or fastening components in form of bolts, rivets, nuts, pins, joints, etc.

Przeprowadzono wyciskanie hydrostatyczne na zimno z przeciwciśnieniem handlowych stopów magnezu ZM21, ZW3 i WE43. Eksperymenty prowadzono na oryginalnej, własnej konstrukcji prasie do wyciskania hydrostatycznego pracującej do 2000 MPa z przeciwciśnieniem do 700 MPa. Stopy odkształcano na zimno w jednej operacji wytwarzając pręty o średnicach pomiędzy 5 mm a 9 mm z liniową szybkością wyciskania pomiędzy 1 m/min i 10 m/min i stopniami redukcji powyżej 2. Zastosowanie przeciwciśnienia zwiększyło zdolność do odkształcenia plastycznego wszystkich badanych stopów magnezu. Stało się tak dzięki nałożeniu na wyciskany produkt ciśnienia hydrostatycznego co powstrzymuje generowanie i propagacje pęknięć. Odkształcanie na zimno powstrzymuje rozrost ziaren i procesy zmiękczania podczas gdy duże odkształcenie plastyczne w jednej operacji zwiększa rozdrobnienie ziaren oraz gęstość defektów mikrostruktury. Po wyciskaniu wytrzymałość na rozciąganie wynosiła od 370 MPa (dla ZM21) przez 400 MPa (ZW3) do 410 MPa (WE43) z granicą plastyczności, odpowiednio 270 MPa, 300 MPa i 350 MPa i wydłużeniem, odpowiednio 13%, 12% i 7%. Są to najwyższe własności podawane w literaturze światowej na dzień dzisiejszy. Stopy magnezu przerobione plastycznie metodą wyciskania hydrostatycznego mogą służyć jako półprodukty do wykonania elementów konstrukcyjnych wymagających wysokich wytrzymałości, jak np. biodegradowalne implanty kostne czy elementy złączne w postaci śrub, nitów, nakrętek, szpilek, łączników, itp.