[发明专利]变断面转角挤压制备细晶的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性加工领域，涉及变断面转角挤压制备细晶的装置及其方法。

背景技术

大塑性变形技术(SPD)作为一种能够有效细化晶粒，提高材料力学性能的深度塑性变形方法，在制备细晶材料方面具有明显的优势，目前，受到科学界青睐的大塑性变形技术有等通道转角挤压技术(ECAP)、往复挤压技术(CEC)、高压扭转变形技术(HPT)等，这些制备细晶材料的方法得到了广泛应用。上述大塑性变形方法还存在着诸多问题，需要加以克服。ECAP在制备的细晶材料存在着织构倾向，试样在变形过程中，变形区较小，挤压道次较多等问题。CEC、HPT制备细晶材料时，因为模具需要承受的压力过大，因为制备的材料尺寸较小。往复挤压过程中，由于工件受到约束，因而易开裂。近年新出连续变断面循环挤压技术(CVCE)，连续变断面循环挤压过程中，工件变形量较小，易造成晶粒大小分布不均匀。。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种变断面转角挤压制备细晶的装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

变断面转角挤压制备细晶的装置，包括模具和挤压杆，所述模具内设置有圆柱体模腔和圆台体模腔；圆柱体模腔和圆台体模腔相连通，二者连接位置形成转角；挤压工件在挤压杆的作用下，在圆柱体模腔和圆台体模腔内往复运动。

具体地，所述挤压杆包括第一挤压杆和第二挤压杆，第一挤压杆与圆柱体模腔配合使用，第二挤压杆与圆台体模腔配合使用。

进一步地，所述转角的外角Ψ的大小为0°-18°。

进一步地，所述转角的内角Φ的半径大小为0-9mm。

进一步地，所述圆台体模腔的锥度α的大小为5°-7°。

进一步地，所述内角Φ的大小为94°-97°。

应用所述的变断面转角挤压制备细晶的装置进行挤压的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将挤压工件放置在圆柱体模腔内，利用挤压杆对挤压工件进行挤压，挤压工件在压力作用下经过转角进行转角变形后，到达圆台体模腔，在圆台体模腔内形成圆台体；

步骤2，将装置逆时针旋转90°，利用挤压杆对圆台体模腔内的挤压工件进行挤压，挤压工件经过转角进行转角变形，进入圆柱体模腔中，成型为圆柱体；

步骤3，将挤压工件取出，并首尾颠倒，重复步骤1和2，则挤压过程结束。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明的装置将圆柱体模腔和圆台体模腔相结合，即将挤压工件的纯剪切变形和挤压工件的墩粗变形相结合，不仅使得挤压工件的晶粒细化的效率和均匀性得到提高，并且使得在变形过程中诸如容易开裂、易出现鼓型及表层缺陷等纯剪切变形和墩粗变形的缺陷消失。

2、本发明的装置在一次挤压过程中，挤压工件始终处于模具当中，可以减少挤压工件的热能损失，同时可以确保变形过程中没有其他的赃物被压入挤压工件中。

3、本发明的装置设置转角，目的在于使得挤压工件在转角完成后晶粒得到一定程度的细化，随之进行变断面变形，挤压工件在圆柱体模腔内完成第一次变形之后，在转角处受到连续的整体性压力，使得在剪切应力下的挤压工件受到的挤压变形力更加均匀，使得晶粒细化程度提高并且更加均匀。

4、本发明的挤压方法为一种新的细化晶粒方法，克服了现有转角挤压和循环变断面的技术问题，变断面挤压可以使得在转角挤压工件内外角的死区减少，转角变形使得循环变断面挤压过程中工件中部变形不均匀甚至不变形的情况消失；可以使得材料细化速率提高，并且使得材料细化程度提高，效率提高，大大节约时间成本和能耗成本。

5、本发明的变断面转角挤压装置和方法可以通过其原理可以实现材料的冷挤压，同时也可以满足热挤压的要求，设备较为简单，同时操作较为方便。

附图说明

图1为本发明的装置整体结构示意图；

图2为变断面转角挤压工件变形机理分析示意图；

图3为挤压工件为圆台体和圆柱体的示意图；其中，(a)为圆台体，(b)为圆柱体；

图4为挤压工件变形死角示意图；

图5为采用本发明的装置及方法获取的工件金相组织图片；

图6为采用变断面循环挤压方式制备样品的金相组织图片

图中标号代表：1—挤压杆，1-1—第一挤压杆，1-2—第二挤压杆，2—模具，3—转角，4—圆台体模腔，5—圆柱体模腔，6—挤压工件，7—第一变形死区，8—第二变形死区。