[发明专利]一种等通道挤压装置

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，涉及一种挤压装置，尤其是一种用于细化材料晶粒来制备超微细晶材料的等通道挤压装置。

背景技术

剧烈塑性形变技术(简称SPD)是20世纪80年代发展起来的具有强烈的晶粒细化能力的新技术。该类技术通过对块体材料施加剧烈的塑性形变，可以直接将材料的内部组织细化到亚微米乃至纳米级，已被国际材料学界公认为是制备具有大角度晶界的块体纳米和超细晶材料的最有前景的方法。最近几年，大塑性变形技术得到了迅猛的发展，主要有等通道角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、往复挤压(CEC)、累积轧制(ARB)等。俄罗斯科学家R.Z.Valiev在其著作《剧烈塑性形变纳米材料》(R.Z.Valiev，I.V.Alexandrov著，林柏年译，北京，科学出版社，2006，第5页到第7页)中介绍了等通道角挤压装置，该挤压装置内的两个通道具有相同的断面，两通道以一定的角度相交构成“L”形通道。挤压时，材料在两通道的转角处，产生局部大剪切塑性变形使材料晶粒得到极大细化，同时材料在挤压加工前后横截面形状和面积不改变，故多次反复挤压可使各次变形的应变量累积迭加，从而得到相当大的总应变量。

然而，试验发现这种“L”形通道在结构上存在不足之处，导致材料在挤压后两端部形状有较大改变，多数呈棱尖状，正如T.G.Langdon等在《材料科学与工程A》(Materials Science and Engineering A)2006，430(1-2)：151-156中发表题为“等通道挤压ZK60镁合金的超塑性和组织均匀性的研究”(The development of superplastic ductilities and microstructural homogeneity ina magnesium ZK60 alloy processed by ECAP)的论文中图1所显示的。挤压后，材料端部形状的改变必将带来一系列缺点，主要表现在：(1)挤压试样端部会出现棱尖状，该棱尖状部分不适于做后续性能测试，这势必造成了材料的浪费；(2)此外试样形状的改变不易于试样重新放入通道中进行下道次的挤压，这极大地影响了试验的连续性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有装置中的不足，提供一种制备超微细晶材料用的等通道挤压装置，采用该装置挤压后试样形状规整，本装置具有晶粒细化能力强、操作方便、结构简单等优点，可提高材料有效使用率，提高生产效率、降低生产成本。

为达到本发明的目的，采用了以下技术方案：

一种等通道挤压装置主要是由上模、下模、垂直通道、水平通道、螺栓和螺栓孔所组成，上模设有呈T型并互为相通的垂直通道和水平通道，垂直通道和水平通道的横截面形状和面积均相同；下模为与上模相配的平板，上模和下模的相应位置均开有螺栓孔，并通过螺栓固定连接。

所述垂直通道和水平通道为横截面形状和面积相同的任意形状，通道的最佳结构为垂直通道的中心线与水平通道的垂直平分线重合的轴对称通道。

所述垂直通道和水平通道的最佳横截面形状为圆形或正方形。

本发明采用金属材料制作，在挤压前上模和下模用螺栓连接，根据需要预热至加工温度，或直接在室温下挤压。在挤压过程中，待加工材料放入垂直通道，在挤压力的作用下，沿垂直通道进入水平通道，发生纯剪切塑性变形，直到垂直通道中的材料全部被压入水平通道，该道次挤压结束。然后松开螺栓，取下下模，继续施加挤压力，将材料从水平通道中挤出，此时材料恢复为原来形状并可以直接再次放入垂直通道中，进行下一道次的挤压。重复以上过程，可以对待加工材料施加无限大的塑性应变，细化材料晶粒，得到超微细晶材料，极大得改善了材料的性能，同时挤压后材料形状基本与原试样相同，两端部没有棱尖状部分。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过在金属模具中设置等截面积的垂直通道和水平通道，挤压后材料晶粒可细化至亚微米级甚至纳米级尺度，同时挤压后材料形状基本与原试样相同，加工后试样形状规整，两端部没有棱尖状部分，增加材料的有效使用体积，减少了材料的浪费，提高生产效率、降低生产成本。

2、使用本发明对材料进行挤压后，相对于原始轧制态合金，合金的强度，延伸率和显微硬度得到明显提高。

3、该装置结构简单，加工方便，实用面广，可以广泛适用于纯金属、合金、复合材料、高分子材料等材料加工领域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图的立体剖面图；

图2为本发明的结构示意图的主视图；

图3为本发明的结构示意图的俯视图；