[发明专利]一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法

说明书

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法，包括压头、凹模、压板、模套、下模板；所述凹模设置在模套中，凹模中开设有挤压通道，通道由入口通道、挤压锥角区和出口通道构成，通道横截面形状均为长方形，压头放置在凹模的入口通道中，模套通过螺栓安装在下模板上，压板压在凹模的上端面，通过螺栓与模套相连。采用该循环挤压模具制备块体超细晶材料的方法为：压头下压，逐渐将工件推出凹模出口通道，经处理后顺时针旋转90°，再次放入凹模入口通道，经多道次循环细化材料组织。该模具结构简单，变形效率和晶粒细化效率高，对设备要求低，有利于工业化应用。

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法。

背景技术

超细晶材料因高强度、良好的耐磨性、抗疲劳性能以及低温或高应变速率超塑性，在航空航天、国防、机械、生物医疗等领域有重要的应用前景。剧烈塑性变形技术（SPD）是制备块体超细晶材料最有效的方法。剧烈塑性变形技术的主要特点是变形前后工件的形状和尺寸几乎保持不变，因此可以重复多次进行变形，通过位错运动、位错重排、动态再结晶等机制将变形前的粗晶材料逐渐转变为具有大角度晶界的亚微米甚至纳米晶材料，提高材料性能。

目前常见的剧烈塑性变形技术包括等径角挤压（ECAP）、高压扭转（HPT）、往复挤压（CEC）以及累积叠轧（ARB）等。但这些剧烈塑性变形技术也存在一些不足，等径角挤压由于凸模高径比较大，容易产生弯曲或断裂，高压扭转制备工件的尺寸有限，很难进行工业化应用，往复挤压需提供背压力，装置较复杂，累积叠轧主要用于制备超细晶板材，存在界面结合不良以及轧辊磨损严重等问题。因此，借助传统金属成形工艺设计一种安全、高效制备块体超细晶材料的模具及方法具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有背景技术的不足，本发明的目的是提供一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具与方法。本发明借助传统的金属塑性成形工艺—正挤压，通过选择合适尺寸规格的工件，设计与工件尺寸规格匹配的模具，实现在不改变工件形状和尺寸的前提下快速累积大变形，细化材料组织，使得所需凸模高宽比低，凸模不易损坏，挤压过程连贯，变形效率高，工件不断改变放入通道的方位，组织细化效率高。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种制备块体超细晶材料的循环挤压模具，包括压头、凹模、压板、模套、下模板；所述凹模设置在模套中，凹模中开设有挤压通道，通道由入口通道、挤压锥角区和出口通道构成，通道横截面形状均为长方形，凸模放置在凹模的通道中，模套通过螺栓安装在下模板上，压板压在凹模的上端面，通过螺栓与模套相连。

优选地，所述凹模是由两个对称的半模拼合而成，两个半模贴合面中间位置开设通道，通道对称分布在两个半模上，通道沿贴合面水平方向的宽度保持不变，两个半模通过销钉定位，凹模出口通道的宽度等于工件的高度。

优选地，所述模套的内表面和凹模的外表面均为斜面，两者斜度一致。

本发明另一方面披露一种制备块体超细晶材料的方法，采用所述的循环挤压模具，包括如下步骤：

步骤①：将模套通过螺栓固定在下模板上，把下模板固定在压力机工作台上，将凹模放入模套内，通过螺栓用压板把凹模压紧在模套内，将工件润滑后平放在凹模的入口通道内；

步骤②：压头下行，将工件沿凹模的通道向下挤压经挤压锥角区，进入凹模出口通道，取出压头，再放入一个相同的工件，压头继续下压，通过上述过程挤出第一个工件；

步骤③：对工件校正和打磨后，使其恢复到变形前的形状，然后顺时针旋转90°后再次放入凹模的入口通道中，再次进行挤压；

步骤④：不断重复步骤②与步骤③，直至达到所需变形道次。

优选地，工件的高度小于其在垂直凹模贴合面方向的宽度。