[发明专利]连续变截面直接挤压制备细晶材料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备细晶材料的装置及方法，具体涉及一种连续变截面直 接挤压制备细晶材料的装置及方法，属于材料塑性加工技术领域。

背景技术

结构轻量化是构件主要的发展趋势之一。实现结构轻量化的途径主要有两 种：一是结构途径，采用“以空代实”的变截面构件，不仅减轻质量又可充分利 用材料的自身特性；二是材料途径，采用镁合金、铝合金、钛合金等轻质金属 结构材料。对于某些领域中特定的轻体构件而言，不可能完全通过结构途径来 实现结构轻量化，而采用高性能的轻质结构材料成为结构轻量化的首要途径。 对轻质金属结构材料而言，其综合强度和使用性能难以满足部分承力构件的较 高要求，这就在一定程度上限制了轻质金属结构材料的使用。如通过有效方法 使轻质结构材料晶粒变得细小，室温强度则会显著提高，韧性也随之增大，所 以，细化晶粒是提高轻质金属结构材料整体性能最基本、最有效的方法之一， 同时，对提高轻质金属结构材料塑性成形性能及变形均匀性具有重要的现实意 义。

随着学者及专家们的不断深入，易于实现晶粒细化的工艺技术不断涌现并 得到应用。主要方法有：一是材料制备方法，采用变质处理、快速凝固、粉末 冶金、喷射沉积等方法均可制备细晶合金，但均要严格的控制工艺条件及繁琐 工序，且多需后续处理步骤来最终实现，因此，效率较低。二是采用塑性加工 方法，如等通道转角挤压法(ECAP)制备的材料存在明显的织构倾向，导致 其性能在轴向和径向呈现各向异性；往复挤压法(CEC)挤压试样在较大的细 长比下镦粗会形成褶皱和材料界面的叠合，对焊合性能不良的材料尤其会导致 材质恶化；累积轧制法(ARB)表面处理及轧制工艺要求条件均较高，还会出 现焊合不良、夹杂等缺陷。

基于以上所述，公开号为CN1827829A、公开日为2006年9月6日的发 明专利申请提出了一种连续变断面循环挤压制备细晶材料的方法及装置，文中 所述方法是通过挤压变形和镦粗变形交替多次进行而获得累积应变量使材料 组织得到细化的，该方法所需工序不仅繁多，且工艺要求条件较高。

以上材料制备方法虽然均可在一定程度上细化材料内部的组织并提高其 力学性能，但由于其工艺自身的特点，目前，多局限于实验室内使用，如何向 工业化生产转型则需要对一些共性的基础问题继续深入探究。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续变截面直接挤压制备细晶材料的装置及方 法，以解决目前细晶材料制备方法中存在的工序繁多、工艺要求高、织构倾向 显著，加工制备时易产生褶皱和材料界面叠合缺陷及难于在生产中实施的问 题。

本发明的连续变截面直接挤压制备细晶材料的装置由冲头、凹模、一级过 渡模、二级过渡模和芯模组成，所述一级过渡模、二级过渡模和芯模由上至下 依次安装在凹模的导向腔内，且一级过渡模、二级过渡模和芯模同轴设置，一 级过渡模的型腔、二级过渡模的型腔和芯模的型腔组合形成连续变截面的轴向 波纹形挤压模型腔，所述冲头置于一级过渡模的上方，且位于凹模内，冲头与 凹模间隙配合。

本发明采用上述制备装置的连续变截面直接挤压制备细晶材料的方法步 骤为：一、将芯模固定在工作台上；二、把凹模套装在芯模上并固定在工作台 上；三、将二级过渡模和一级过渡模由下至上安装在凹模内，并置于芯模上； 四、将需细化的坯料置于凹模内且位于一级过渡模上；五、将冲头下移至凹模 内；六、将芯模挤出端的模口采用封闭物封闭；七、对冲头施加压力下行，坯 料发生塑性变形并逐次从一级过渡模的模口以及二级过渡模的模口挤出；八、 继续对冲头施加压力下行，坯料做受约束的墩粗变形，并完全填充封闭的连续 变截面的轴向波纹形挤压模型腔；九、移除芯模挤出端的模口内的封闭物；十、 继续对冲头施加压力下行，坯料从芯模挤出端的模口挤出成型，即制得所需细 晶材料。