[发明专利]侧向转角45°的等通道角挤压结构

说明书

技术领域：

本发明涉及通过机械加工获得超细晶材料领域，是在传统等通道角挤压基础上，对挤压通道路径进行改良，使出口通道侧向偏转45°，以获得单道次更大的变形量，从而减少试样挤压道次，获得更高的应变，更好的晶粒细化效果。

技术背景：

超细晶材料由于其优良的力学及机械性能已成为当前的研究热点。在金属多种强化过程中，细晶强化在提高材料强度的同时也增强了材料的塑性。等通道角挤压（equal channel angular pressing，简称ECAP）技术是一种以纯剪方式实现块体材料大塑性变形的金属成形工艺，能明显的细化多晶材料的晶粒，获得超细晶结构（亚微米级或纳米级）材料，并且由于变形时不改变材料横截面积和横截面形状，可以经过数次变形以达到剧烈塑性变形的目的。但传统等通道角挤压有着材料变形不均匀,单道次变形获得的应变量不够大的缺点。

发明内容：

本发明在传统等通道角挤压的基础上，提出一种新的剧烈塑性变形金属流动方式的方法：在传统等通道角挤压模具结构上进行改进，使模具的挤出段侧向通道转动45°，从而增加一个侧向应力，充分利用模具，增加了每道次的塑性变形量，使材料获得良好的应变积累和细化效果，并且变形前后试样截面积形状不发生变化。

根据试样原始尺寸及成形压力设计合理凸模和凹模，使用的凹模设有一个入口通道和与之转角相连通的出口通道，上述凸模和凹模具有相同的横截面积，凸模和入口通道间隙配合，特别地，出口通道侧向转动角度45°，提高了每道次塑性变形量。

本发明工作原理：

本发明针对目前传统等通道角挤压时单道次变形获得的应变量不够大的缺点，提出了一种侧向转角45°的等通道角挤压结构，出口通道侧向转动角度45°，如图1所示，有效的提高了每道次的应变量，减少了材料成形的工作量和工作时间，同时，出口通道侧向转动45°，产生一个侧向应力从而增加等径角挤压工艺过程中变形体变形时内部的静水压力,可以有效提高材料的塑性变形能力,使得试样能够获得良好的应变累积和细晶效果,且变形前后试样横截面形状不发生变化,可以通过多道次挤压,积累有效应变。

附图说明：图1为转角45°的等通道角挤压截面结构，1转角材料出口2初始材料压缩3模具。

具体实施方式：

本发明具体实施过程中涉及坯料的制备、挤压设备的选择、侧向转角45°的等通道角挤压模具的制造、等通道角挤压变形以及等通道角挤压变形后的材料组织结构及性能的测试分析，

一、坯料的制备、挤压设备的选择及模具的制造，根据最终试样尺寸设计坯料尺寸，由于等通道角挤压均不改变材料的变形前后的截面形状，可以反复变形，因此坯料几何尺寸可以与最终所需材料几何尺寸相同，仅留少量加工余量即可。凹模出口较传统等径角挤侧向水平转动45度。同时根据最终成形材料构件的结构完成挤压力的计算及挤压设备的选型。

二、等通道角挤压变形。根据等通道角挤压工艺进行等通道角挤压变形，依托横纵两个方向的大变形量的剪切变形进行晶粒细化。在此需要注意的是剧烈塑性成形过程需要配合良好的润滑，可选用二硫化钼或高性能纳米润滑剂。

三、材料组织性能测试分析。对完成加工过程的块状材料进行宏观材料性能及微观组织测试，分析最终材料性能及组织特点，对于未满足设计要求的棒材进行进一步的侧向转角剧烈塑性成形加工。

实例1

边长10mm正方形截面制备超细晶铝合金型材。首先，加工坯料，考虑到表面质量及后继表面处理加工精度的要求，可选择11×11mm的正方形截面铝合金棒材，导r＝1mm圆角，长度可根据实际需求确定。然后300℃退火两小时25℃/h。其次计算挤压力，根据挤压力及生产条件选择挤压设备并加工制造相应的剪切挤压模具，在满足挤压吨位的要求下，挤压设备既可选用立式也可选用卧式挤压机。

在此基础上设计加工适合铝合金的凹模出口带有45度转角的等通道角挤压模具，进行横纵配合的剪切挤压剧烈塑性成形，润滑可选用二硫化钼或高性能纳米润滑剂。由于双向剪切的存在，挤压道次将低于传统等径角挤。

最终通过组织性能测试确定微观组织满足设计要求后，如对表面质量有要求则可通过机械加工方式对所加工棒材进行表面处理。

实例2