[发明专利]一种连续扭转挤压大塑性变形方法及其应用

说明书

本发明涉及一种连续扭转挤压大塑性变形方法及其应用，属于塑性加工成形技术领域。本发明利用连续挤压阶段产生的变形力和变形温度，为扭转挤压提供变形所需的热力条件；同时在连续挤压变形区内产生沿坯料轴向剧烈剪切和扭转挤压变形区内周向剪切变形，以实现大的交叉剪切塑性变形。本发明将连续挤压和扭转挤压各自的变形特点结合起来，增加单道次应变量从而减少挤压道次，是一种可工业化应用的连续大塑性变形新方法。同时，具有操作简单、工艺稳定，所得产品性能优良，可广泛应用于超长尺度中小规格管、棒、型、线材的工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种连续扭转挤压大塑性变形方法及其应用，属于塑性加工成形技术领域。

背景技术

大塑性变形(Severe Plastic Deformation,SPD)是在不显著改变试样原始尺寸的情况下，通过非常高的应变累积使金属材料发生强烈变形而产生大量位错累积及晶界的扭曲，能够显著细化晶粒尺寸，从而使金属或合金获得极细甚至纳米晶组织。因其能大幅度提高金属材料的力学性能，大塑性变形在近年得以快速发展。但是90％以上研究集中在等径角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)和累积叠轧(ARB)这三种传统的大塑性变形方法，用于制备杆、棒、锭坯、管和板等近120种新型大塑性变形方法之中绝大多数是基于等径角挤压。这些方法普遍存在试样尺寸小、重复道次过多等固有的局限性，难以实现工业化应用。

为了解决大塑性变形方法的工业应用问题，基于传统塑性加工工艺的复合大塑性变形方法相继被提出和研究。专利(201410608272.X)“一种高性能轻合金板材的挤压方法”，也就是将挤压锭分割成多块组合进行挤压。由于复合挤压过程中锭坯之间摩擦产生的剪切变形，诱发复合挤压近中心部位形成更加均匀细小的晶粒组织和弱的基面织构，致使复合挤压AZ31镁合金板抗拉强度和延伸率均高于传统挤压材料。专利(200810233106.0)“连续转角剪切的挤压整形制备镁合金型材的方法及模具”提出了一种新型镁合金挤压方法，即将传统的挤压和等通道挤压相结合的挤压-剪切(简称ES)方法，结果表明在挤压的起始阶段主要是不连续动态再结晶，在挤压压缩和转角剪切阶段为连续动态再结晶。同时，ES挤压前粗大的第二相在剪切后逐步变成弥散的小颗粒。挤压和连续两次剪切使更多的晶粒取向发生改变，使基面与非基面取向共存，在一定程度上提高镁合金的强度。

连续挤压成形(Continuous Extrusion Forming,Conform)技术是1972年英国原子能局斯普林菲尔德研究所格林发明的，成为金属材料加工领域继连续轧制、连续铸造和连铸连轧技术之后又一重大应用技术突破。在原理上，它有效地利用了坯料与旋转挤压轮之间的强摩擦所产生足够的挤压力和温度，可将杆料、颗粒料或熔融金属以连续变形的方式直接挤压成制品，已广泛应用于铝、铜及其合金生产上。在连续挤压过程中，合金坯料的温度会逐渐升高，挤压变形区形成一个特殊的应力、应变和温度场。此外，研究发现连续挤压变形区内存在一个剧烈剪切带(Intense Internal Shear Band,IISB)，IISB不仅能改善变形的均匀性而且还可以提高金属的塑性加工性能。