專利名稱：側(cè)向轉(zhuǎn)角45°的等通道角擠壓結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過機(jī)械加工獲得超細(xì)晶材料領(lǐng)域，是在傳統(tǒng)等通道角擠壓基礎(chǔ)上， 對擠壓通道路徑進(jìn)行改良，使出口通道側(cè)向偏轉(zhuǎn)45°，以獲得單道次更大的變形量，從而減 少試樣擠壓道次，獲得更高的應(yīng)變，更好的晶粒細(xì)化效果。技術(shù)背景
超細(xì)晶材料由于其優(yōu)良的力學(xué)及機(jī)械性能已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在金屬多種 強(qiáng)化過程中，細(xì)晶強(qiáng)化在提高材料強(qiáng)度的同時也增強(qiáng)了材料的塑性。等通道角擠壓(equal channel angular pressing,簡稱ECAP)技術(shù)是一種以純剪方式實(shí)現(xiàn)塊體材料大塑性變形 的金屬成形工藝，能明顯的細(xì)化多晶材料的晶粒，獲得超細(xì)晶結(jié)構(gòu)(亞微米級或納米級)材 料，并且由于變形時不改變材料橫截面積和橫截面形狀，可以經(jīng)過數(shù)次變形以達(dá)到劇烈塑 性變形的目的。但傳統(tǒng)等通道角擠壓有著材料變形不均勻，單道次變形獲得的應(yīng)變量不夠 大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在傳統(tǒng)等通道角擠壓的基礎(chǔ)上，提出一種新的劇烈塑性變形金屬流動方式 的方法在傳統(tǒng)等通道角擠壓模具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，使模具的擠出段側(cè)向通道轉(zhuǎn)動45°， 從而增加一個側(cè)向應(yīng)力，充分利用模具，增加了每道次的塑性變形量，使材料獲得良好的應(yīng) 變積累和細(xì)化效果，并且變形前后試樣截面積形狀不發(fā)生變化。
根據(jù)試樣原始尺寸及成形壓力設(shè)計(jì)合理凸模和凹模，使用的凹模設(shè)有一個入口通 道和與之轉(zhuǎn)角相連通的出口通道，上述凸模和凹模具有相同的橫截面積，凸模和入口通道 間隙配合，特別地，出口通道側(cè)向轉(zhuǎn)動角度45°，提高了每道次塑性變形量。
本發(fā)明工作原理
本發(fā)明針對目前傳統(tǒng)等通道角擠壓時單道次變形獲得的應(yīng)變量不夠大的缺點(diǎn)，提 出了一種側(cè)向轉(zhuǎn)角45°的等通道角擠壓結(jié)構(gòu)，出口通道側(cè)向轉(zhuǎn)動角度45°，如圖1所示， 有效的提高了每道次的應(yīng)變量，減少了材料成形的工作量和工作時間，同時，出口通道側(cè)向 轉(zhuǎn)動45°，產(chǎn)生一個側(cè)向應(yīng)力從而增加等徑角擠壓工藝過程中變形體變形時內(nèi)部的靜水壓 力，可以有效提高材料的塑性變形能力，使得試樣能夠獲得良好的應(yīng)變累積和細(xì)晶效果， 且變形前后試樣橫截面形狀不發(fā)生變化，可以通過多道次擠壓，積累有效應(yīng)變。


圖1為轉(zhuǎn)角45°的等通道角擠壓截面結(jié)構(gòu)，I轉(zhuǎn)角材料出口 2初始材料 壓縮3模具。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體實(shí)施過程中涉及坯料的制備、擠壓設(shè)備的選擇、側(cè)向轉(zhuǎn)角45°的等通 道角擠壓模具的制造、等通道角擠壓變形以及等通道角擠壓變形后的材料組織結(jié)構(gòu)及性能 的測試分析，
一、坯料的制備、擠壓設(shè)備的選擇及模具的制造，根據(jù)最終試樣尺寸設(shè)計(jì)坯料尺 寸，由于等通道角擠壓均不改變材料的變形前后的截面形狀，可以反復(fù)變形，因此坯料幾何 尺寸可以與最終所需材料幾何尺寸相同，僅留少量加工余量即可。凹模出口較傳統(tǒng)等徑角 擠側(cè)向水平轉(zhuǎn)動45度。同時根據(jù)最終成形材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完成擠壓力的計(jì)算及擠壓設(shè)備 的選型。
二、等通道角擠壓變形。根據(jù)等通道角擠壓工藝進(jìn)行等通道角擠壓變形，依托橫縱 兩個方向的大變形量的剪切變形進(jìn)行晶粒細(xì)化。在此需要注意的是劇烈塑性成形過程需要 配合良好的潤滑，可選用二硫化鑰或高性能納米潤滑劑。
三、材料組織性能測試分析。對完成加工過程的塊狀材料進(jìn)行宏觀材料性能及微 觀組織測試，分析最終材料性能及組織特點(diǎn)，對于未滿足設(shè)計(jì)要求的棒材進(jìn)行進(jìn)一步的側(cè) 向轉(zhuǎn)角劇烈塑性成形加工。
實(shí)例I
邊長IOmm正方形截面制備超細(xì)晶鋁合金型材。首先，加工坯料，考慮到表面質(zhì)量 及后繼表面處理加工精度的要求，可選擇IlX Ilmm的正方形截面招合金棒材，導(dǎo)r = Imm 圓角，長度可根據(jù)實(shí)際需求確定。然后300°C退火兩小時25°C/h。其次計(jì)算擠壓力，根據(jù) 擠壓力及生產(chǎn)條件選擇擠壓設(shè)備并加工制造相應(yīng)的剪切擠壓模具，在滿足擠壓噸位的要求 下，擠壓設(shè)備既可選用立式也可選用臥式擠壓機(jī)。
在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)加工適合鋁合金的凹模出口帶有45度轉(zhuǎn)角的等通道角擠壓模 具，進(jìn)行橫縱配合的剪切擠壓劇烈塑性成形，潤滑可選用二硫化鑰或高性能納米潤滑劑。由 于雙向剪切的存在，擠壓道次將低于傳統(tǒng)等徑角擠。
最終通過組織性能測試確定微觀組織滿足設(shè)計(jì)要求后，如對表面質(zhì)量有要求則可 通過機(jī)械加工方式對所加工棒材進(jìn)行表面處理。
實(shí)例2
制備IOmmX IOmm矩形截面AZ31鎂合金型材微納米多晶體。首先，加工坯料，考慮 到表面質(zhì)量及后繼表面處理加工精度的要求，可選擇IlXllmm的正方形截面AZ31鎂合金 棒材，導(dǎo)r= Imm圓角，長度可根據(jù)實(shí)際需求確定。其次計(jì)算擠壓力，根據(jù)擠壓力及生產(chǎn)條 件選擇擠壓設(shè)備并加工制造相應(yīng)的剪切擠壓模具，在滿足擠壓噸位的要求下，擠壓設(shè)備既 可選用立式也可選用臥式擠壓機(jī)。
在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)加工適合鎂合金的凹模出口帶有45度轉(zhuǎn)角的等通道角擠壓模 具，進(jìn)行橫縱配合的剪切擠壓劇烈塑性成形，變形溫度大于250度，潤滑可選用二硫化鑰或 高性能納米潤滑劑。
最終通過組織性能測試確定微觀組織滿足設(shè)計(jì)要求后，如對表面質(zhì)量有要求則可 通過機(jī)械加工方式對所加工棒材進(jìn)行表面處理。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明在傳統(tǒng)等通道角擠壓的基礎(chǔ)上，提出一種新的劇烈塑性變形金屬流動方式的方法在傳統(tǒng)等通道角擠壓模具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，使模具的擠出段側(cè)向通道轉(zhuǎn)動45°，從而增加一個側(cè)向應(yīng)力，充分利用模具，增加了每道次的塑性變形量，使材料獲得良好的應(yīng)變積累和細(xì)化效果，并且變形前后試樣截面積形狀不發(fā)生變化。本

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)試樣原始尺寸及成形壓力設(shè)計(jì)合理凸模和凹模，使用的凹模設(shè)有一個入口通道和與之轉(zhuǎn)角相連通的出口通道，上述凸模和凹模具有相同的橫截面積，凸模和入口通道間隙配合，特別地，出口通道側(cè)向轉(zhuǎn)動角度45°，提高了每道次塑性變形量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種側(cè)向轉(zhuǎn)角45°的等通道角擠壓結(jié)構(gòu)。本發(fā)明涉及通過機(jī)械加工獲得超細(xì)晶材料領(lǐng)域，是在傳統(tǒng)等通道角擠壓基礎(chǔ)上，對擠壓通道路徑進(jìn)行改良。本發(fā)明提出一種新的劇烈塑性變形金屬流動方式的方法，并以制備超細(xì)晶鋁合金型材和鎂合金型材微納米多晶體為實(shí)例進(jìn)行了說明。
文檔編號B21C25/02GK103028630SQ20121054401
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者李洪洋, 李先超, 陳成, 馬金龍 申請人:北京理工大學(xué), 華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室