[发明专利]一种全自动金属材料晶粒细化与成型的一体制备装置

说明书

本发明公开了一种全自动金属材料晶粒细化与成型的一体制备装置，包括自动化旋转系统、自动换模系统、挤压成型系统及自动锁模装置；其中，所述自动化旋转系统的一端设置有所述挤压成型系统，所述挤压成型系统的一侧设置有所述自动锁模装置，所述挤压成型系统的底端设置有所述自动换模系统。有益效果：可以使原先只适应于铸造加工的金属，实现晶粒细化，韧性提高后，一次性完成挤压成型；该过程全自动化后可在很短时间内完成一系列的加工，材料温度基本没有下降，不需要进行重新加热保温，既节约了时间提高了效率，又节省了能源，降低了成本，拓宽了可进行塑性成形材料的范围，并且可以制备以前无法通过塑性成形加工的高强度工件。

技术领域

本发明涉及金属材料塑性加工技术领域，具体来说，涉及一种全自动金属材料晶粒细化与成型的一体制备装置。

背景技术

金属材料根据变形能力的强弱，可分为铸造金属和变形金属两大类。铸造金属本身韧性较差，塑性成型能力弱，在变形过程中易开裂，无法完成材料的挤压成型加工；变形合金本身韧性强，塑性成型能力强，可以通过塑性变形挤压成为目标产品的形状。变形金属是相比于铸造金属具有更大的发展潜力，通过材料结构的控制、热处理工艺的应用，变形金属可获得更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能，从而满足多样化工程结构件的应用需求。但本身金属材料的塑性是限制铸造金属采用变形加工工艺成型的主要因素。

目前市场上的成型挤压机，只是简单的材料成型，由于产品外形的需求和模具形状设计的不同，在挤压过程中，存在原材料变形程度不同，从而导致产品应力分布不均匀，变形量小的，应力集中小，但材料形变强化弱，变形量大的，应力集中大，材料形变强化强，强度提高，塑形降低。应力集中处往往容易导致产品失效(塑性低)，但形变强化有利于产品强度的提高。目前，为了减少应力集中，一般采用变形后退火处理，但退火处理同时也减弱了产品获得的形变强化。

晶粒细化能够同时提升金属材料的强度和韧性，因此相对于普通铸件，超细晶材料具有优良的综合力学性能，大塑性变形是制备超细晶材料的一种重要方法，其中等通道转角挤压(ECAP)能够制备较大尺寸的超细晶材料，是一种具有工程应用前景的超细晶工艺。等通道转角挤压，又称等径角挤压，是俄罗斯科学家Segal在1981年发明的材料加工方法，在上世纪八十年代并没有引起太多的重视。从上世纪末开始，对ECAP的研究得到了广泛的重视，特别是在采用该技术研制块体超细晶和纳米材料方面引起了广泛的关注。近年来，等径角挤压已被认为是最有工业应用前景的块体超细晶材料加工技术。经过多道次的ECAP加工，铝合金、钛金属、低碳钢和不锈钢等大多获得了晶粒尺寸在1μm以下的超细晶组织，有的甚至达到了晶粒直径100nm左右的块体纳米材料；组织均匀性和材料力学性能得到了明显改善，特别是塑性变形能力和韧性得到了极大的提高。例如河海大学马爱斌教授采用回转式等通道转角挤压(RD-ECAP)对铝硅共晶合金进行加工，使得该合金的冲击韧性提高了10倍。由此可见，ECAP是改善金属材料组织和力学性能的重要手段之一，但目前ECAP研究仍然停留在实验室阶段，且只能够制备超细晶块材，要做成可使用的工件，必须进行二次加工，工艺复杂。并且ECAP加工和成型加工均为大塑性加工，需要将金属加热到一定温度，保温一定时间，整个材料温度均匀后，进行热加工，目前的工艺，为ECAP超细晶加工和材料成型加工分为两步，需要进行两次重复加热保温，效率低下，且存在大量的材料、能源等的浪费。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种全自动金属材料晶粒细化与成型的一体制备装置，在原有RD-ECAP模具的基础上，集成了自动化旋转系统、自动换模系统及挤压成型系统，能够一次性完成晶粒细化和材料成型，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：