[发明专利]一种剪切扭挤变形制备超细晶管材的方法

说明书

本发明公开一种剪切扭挤变形制备超细晶管材的方法，包括步骤：将首件预变形管材、次件预变形管材和模具涂抹挤压润滑剂并加热；芯轴置入内型腔后将首件预变形管材穿过芯轴并放置于内型腔的导入段中，中空凸模挤压首件预变形管材，首件预变形管材的下端进入剪切变形段、扭挤变形段和导出段，停止中空凸模的挤压运行；然后中空凸模提升，当中空凸模完全从内型腔上方出来时，将次件预变形管材放置于内型腔的导入段中，中空凸模挤压次件预变形管材，使次件预变形管材不断推动首次预变形管材向导出段挤出，停止中空凸模的挤压运行；最后将首件预变形管材继续放入模具进行循环挤压变形。本发明进行连续多段挤压变形，获得随机织构，力学性能大幅度提高。

技术领域

本发明涉及超细晶粒金属材料制备技术领域，尤其是指一种剪切扭挤变形制备超细晶管材的方法。

背景技术

随着航空航天、汽车工业和国防军工领域快速发展以及地球石油资源的急剧消耗，对于高强韧轻质的金属构件的需求越来越大。管材作为金属构件在制坯阶段重要的原材料，其本身具有的性能对于后续金属构件的加工具有重要意义。铝/镁合金具有质量轻、比刚度高、耐磨损以及易于加工回收等特点，受到了越来越多研究人员的关注。但是由于铸态铝/镁合金管材力学性能低下，塑性成形可大幅提高铝/镁合金管材的力学性能，已成为国内外研究热点。细晶强化是提高管材强韧化效果的主要方法。国内外发展了多种强塑变技术以获得微米乃至纳米级别的超细晶组织，但制备难度和生产成本都较高，且制备效果一般，故本发明提出一种结合“剪切”和“扭挤”变形的超细晶管材制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种剪切扭挤变形制备超细晶管材的方法，使金属材料实现连续多段剧塑性挤压变形，获得随机织构，力学性能大幅度提高。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种剪切扭挤变形制备超细晶管材的方法，涉及一种剪切扭挤变形制备超细晶管材模具，该模具包括中空凸模、凹模和芯轴，所述凹模开设内型腔，内型腔沿凹模挤压方向依次设置导入段、剪切变形段、回形段、扭挤变形段和导出段；所述导入段、回形段和导出段为截面呈方形的方形腔，导入段连接所述剪切变形段的上部，所述剪切变形段为截面呈菱形的菱形腔，菱形腔具有四个夹角，其中两个对称的夹角在截面上为锐角，且该两个锐角在挤压方向的中部向外膨胀后收缩连接所述回形段的上部，另外两个对称的夹角在截面上为钝角，且该两个钝角在挤压方向的中部向内收缩后膨胀连接所述回形段的上部，所述回形段的下部连接所述扭挤变形段的上端面，所述扭挤变形段为上端面至下端面绕挤压方向旋转的扭转腔，所述扭挤变形段的下端面连接所述导出段；所述芯轴置于内型腔中，所述芯轴高度与内型腔一致，芯轴的形状与内型腔相同，芯轴分别与导入段、剪切变形段、回形段、扭挤变形段和导出段之间留有供管材进入的壁厚间隙；所述中空凸模为中空方框体结构，中空凸模内部供所述芯轴穿置，中空凸模配合置入芯轴与导入段之间的壁厚间隙；

该方法包括以下步骤：

步骤一，挤压前润滑：清洁凹模的内型腔，需变形的管材包括一模一样的首件预变形管材和次件预变形管材，在首件预变形管材内外表面、次件预变形管材内外表面、中空凸模、芯轴和凹模内型腔上涂抹挤压润滑剂；

步骤二，加热：根据金属材料成形性能要求，可以将坯料加热到材料适合变形温度，模具预热至对应预热温度，进行温、热挤压，若为冷挤压，则不需要加热；

步骤三，装料：先将芯轴置入内型腔中，然后将首件预变形管材穿过芯轴并放置于内型腔的导入段中，首件预变形管材的下端面与剪切变形段的上端面相接触，首件预变形管材的上端面为挤压面；

步骤四，挤压成形：中空凸模挤压首件预变形管材，首件预变形管材的下端进入剪切变形段，先膨胀后收缩，发生两次变形，收缩至回形腔的上端口处发生再次变形，接着，首件预变形管材进入扭挤变形段，在中空凸模的压力下，首件预变形管材绕中心轴线扭转变形，当中空凸模的挤压工作端的端面与导入段的下端面重合时，首件预变形管材的下端进入导出段，并在扭挤变形段和导出段的连接处发生最后塑性变形，停止中空凸模的挤压运行；