[发明专利]背压挤压机

说明书

技术领域

本发明属于制备高性能的超细晶金属及合金的装置，特别是一种为背压-等径角挤压提供的背压挤压机。

背景技术

等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP，V.M.Segal，V.I.Reznikov，A.E.Drobyshevkiy，V.I.Kopylov，Russ.Metall.1(1981)99.)利用由两个相交的等径通道组成的模具，在外力作用下，金属在模具两个通道交角处获得剪切塑性变形，变形前后试样的形状和尺寸不发生改变，因此可以进行多次挤压变形，如图1所示。每次挤压所获得的变形量与模具通道内的两个交角(内角φ，外角ψ)有关。等径角挤压(ECAP)作为通过强烈塑性变形而获得大尺寸亚微米或纳米级块体材料的有效方法之一而且由于其工艺简单，成本低，使用传统工业设备，可制备大块致密材料以及对传统材料进行性能改造等优点，日益受到材料科学界的重视。与传统的压力加工工艺相比较，ECAP具有将多晶体材料的晶粒细化至微米、亚微米乃至纳米尺度的巨大潜力。近十多年来ECAP工艺主要应在铝合金、铜合金、低碳钢和金属间化合物上，采用这种工艺能使材料的晶粒细化，并具有良好的力学性能。

但是，用于等径角挤压的金属材料主要是一些加工能力较好(塑性变形能力好)，如铝合金、铜合金等。对于难加工(塑性变形能力差)材料，ECAP变形需要高的变形温度以避免变形中裂纹的形成，而ECAP晶粒细化则希望低的变形温度，因为晶粒的细化程度取决于硬化和变形中晶体缺陷的累积。变形温度高则回复快，晶体缺陷消失速度快，不利于晶粒的细化。因此，有人利用背压ECAP(Back Pressure Equal ChannelAngular Pressing，BP-ECAP)在模具出口通道施加背压的ECAP技术，在ECAP变形过程中施加背压，由于静水压力的作用阻碍裂纹的形成与长大，使变形更加均匀，同时可以获得细小均匀的晶粒，以及良好的机械性能(K.Xia，J.T.Wang，X.Wu，G.Chen andM.Gurvan，Mater.Sci.Eng.A410-411(2005)324.)。

尽管背压理论提出，但还没有实现背压的装置。目前国内外工业生产的管、棒、型材等均采用的是挤压机，尤其是卧式挤压机，如YJQ500挤压机(企业标准：Q/320206JNDE01-2002)，由机架，油泵、电机组件，充液阀，油箱，液压部件(控制阀)，缸体，回程缸，冷却器，柱塞座，挤压杆，拉杆，挤压筒座，剪切部件，挤压机牌坊，模座组成，其特点是油泵、电机组件位于机架后下部，为挤压机提供压力，油箱位于机架后上部，油箱上安装有液压部件(控制阀)，缸体，回程缸位于机架的中部，在油压的作用下推动挤压杆运动，挤压杆方向与地面平行，机架前端是牌坊，模座位于牌坊中心，挤压筒位于挤压杆和模座之间。挤压机的工作过程是将模具放入模座内，挤压筒将其锁进，将要加工的材料放入挤压筒内，挤压杆在油压的推动下向前运动，将材料挤入模具，最后得到所需的管、棒、型材等工业成品。上述设备不施加背压，使AZ31镁合金ECAP变形温度在200度以上才能保证不出现裂纹，而且变形后的材料内部晶粒粗大，性能较差。如果用传统挤压机则AZ31镁合金变形温度在250度以上。

对于加工性能好的材料，挤压成型所得到的产品较ECAP技术所得的产品性能相差2～3倍，而且挤压是所需要的变形温度比ECAP技术的要高50～100℃。这两种加工技术，对于加工性能差的材料，都需要在高的变形温度才能避免变形中材料发生断裂，而这两种加工技术都希望在低的变形温度下晶粒细化，因为晶粒的细化程度取决变形过程中晶体缺陷的累积，变形温度高则回复快，晶体缺陷消失速度快，不利于晶粒的细化。这样就会导致变形后材料的性能很差，同时高温也会造成资源消耗的增加，环境污染不良因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背压挤压机，该背压挤压机不仅适用于塑性变形能力好的金属及合金，而且用于塑性变形能力差等难加工材料，在低的温度下实现ECAP变形并有效的细化晶粒，显著提高材料的性能，同时在变形中不形成裂纹。