本發(fā)明屬于金屬塑性加工領(lǐng)域，特別涉及一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具及擠壓方法。

背景技術(shù)：

細(xì)化晶粒是提高金屬材料性能的一種有效手段，目前金屬材料細(xì)化方法可以分為物理和化學(xué)兩大類。物理方法包括形變處理細(xì)化法、物理場(chǎng)細(xì)化、快速冷卻法、機(jī)械物理細(xì)化法；化學(xué)方法可分為添加細(xì)化劑與添加變質(zhì)劑方法。除了形變處理細(xì)化方法外的其他方法，主要應(yīng)用于金屬凝固過(guò)程中，其細(xì)化晶粒的效果最高能夠達(dá)到幾十微米甚至十幾微米的級(jí)別。只有形變處理方法才能使金屬材料細(xì)化到微米級(jí)甚至更小，然而采用形變處理方式得到的細(xì)晶及超細(xì)晶金屬產(chǎn)品一般尺寸較小，如等通道角擠壓方法，這大大限制了相關(guān)金屬材料的應(yīng)用推廣。

因此，有必要從研發(fā)一種新型細(xì)晶金屬材料擠壓模具，這種模具可以擠壓出較大截面積的產(chǎn)品，同時(shí)產(chǎn)品的晶粒尺寸可以細(xì)化到微米甚至亞微米等級(jí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述不足，本發(fā)明提供一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具及擠壓方法。棒料首先通過(guò)擠壓筒進(jìn)入模具，由于模具是平模，在擠壓時(shí)形成的死區(qū)，可阻止鑄錠表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，在干凈棒料進(jìn)入模具后，由于下模橫截面尺寸與上模尺寸相差不大，在外加載荷作用下，棒料發(fā)生剪切變形，隨后四根棒料在下模中匯合，經(jīng)過(guò)又一次變形從下模出口流出。隨后把擠壓筒與模具分離，切除壓余，完成一個(gè)完整的擠壓動(dòng)作。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模、上模、擠壓筒、擠壓軸；所述模具為平模，所述下膜設(shè)置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設(shè)置有多個(gè)直徑為d的進(jìn)料口；所述擠壓筒設(shè)置有多個(gè)與所述上模進(jìn)料口一一對(duì)應(yīng)的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內(nèi)設(shè)置有相應(yīng)的擠壓軸；所述D大于d；裝模后，所述下模與上模圍成腔體，所述擠壓通道的進(jìn)料端與上模的進(jìn)料口對(duì)接，所述上模進(jìn)料口的圓心位于對(duì)應(yīng)擠壓通道的軸心線上。

優(yōu)選的，所述上模設(shè)有3～5個(gè)均勻分布的進(jìn)料口。

更優(yōu)選的，當(dāng)所述進(jìn)料口個(gè)數(shù)設(shè)置為4時(shí)，所述D/d＝1.2～2.0，即：下模出口直徑D比上模入口直徑d大20％-100％。研究發(fā)現(xiàn)：若D/d大于2，就會(huì)因?yàn)樯夏＞呷肟诘牟牧狭魉傩∮谙履＞叱隹诹魉?，而?dǎo)致在模具成形過(guò)程中阻力不足，在材料未完全充滿模具時(shí)就從下模出口流出，使擠壓的棒材存在缺陷。

同理，當(dāng)所述進(jìn)料口個(gè)數(shù)設(shè)置為3時(shí)，D/d＝1.2～1.7；

當(dāng)所述進(jìn)料口個(gè)數(shù)設(shè)置為5時(shí)，D/d＝1.2～2.2。

優(yōu)選的，所述擠壓通道與擠壓軸中間還設(shè)置有擠壓墊。

優(yōu)選的，待處理的金屬棒材的直徑與所述擠壓通道相同。

本發(fā)明還提供了一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓方法，包括：

將N根直徑為D的熱金屬棒材放入擠壓筒進(jìn)行一次擠壓；

擠壓完成后，將棒材切為等長(zhǎng)的N段，重新加熱，進(jìn)行二次擠壓；

重復(fù)上述步驟，直至棒材的晶粒細(xì)化到目標(biāo)尺寸。

本發(fā)明中所述的“目標(biāo)尺寸”是指：將晶粒尺寸細(xì)化到微米或亞微米級(jí)。

本發(fā)明中“N”為大于零的自然數(shù)。

優(yōu)選的，N為3、4或5。

優(yōu)選的，所述熱擠壓溫度比待擠壓金屬的再結(jié)晶溫度高50℃～250℃。

優(yōu)選的，隨擠壓道次增加，熱擠壓溫度逐漸降低。

優(yōu)選的，所述“重復(fù)上述步驟直至棒材的晶粒組織細(xì)化到目標(biāo)尺寸”為重復(fù)2～3次。

本發(fā)明還提供了采用任一上述方法制備的大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材，所述金屬棒材的晶粒細(xì)化到0.5～2μm。

本發(fā)明的有益效果

(1)在本發(fā)明中，由于模具是平模，在擠壓時(shí)形成的死區(qū)，可阻止鑄錠表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，避免了重復(fù)擠壓過(guò)程中間的棒材表面的清洗。本發(fā)明中的擠壓墊若采用固定擠壓墊，則易于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化。經(jīng)過(guò)2～4道次擠壓后，晶粒尺寸可以細(xì)化到微米或亞微米級(jí)，擠壓棒材的力學(xué)性能得到明顯提高。

(2)本發(fā)明擠壓的棒材直徑與擠壓筒尺寸一致，因而，擠壓出的棒材可以切斷后重新放入擠壓筒，進(jìn)行二次擠壓，經(jīng)過(guò)2～4道次擠壓后，棒材的晶粒尺寸可以達(dá)到微米級(jí)甚至亞微米級(jí)。采用本發(fā)明的擠壓模具，可以生產(chǎn)與擠壓坯料直徑相同的大尺寸細(xì)晶金屬棒材，生產(chǎn)的棒材既可以作為中間產(chǎn)品進(jìn)行二次加工又可以作為最終產(chǎn)品，其力學(xué)性能較原始坯料得到顯著提高。

(3)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、易于推廣。

附圖說(shuō)明

圖1為擠壓筒模具圖。其中，1為下模，2為上模，3為擠壓筒，4為擠壓墊，5為擠壓軸。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解：

實(shí)施例1：

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶鎂合金棒材熱擠壓模具及擠壓方法，擠壓模具包括下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)擠壓墊(4)擠壓軸(5)，其中下模(1)出口直徑為60mm，上模(2)有均勻分布的四個(gè)入口，直徑為40mm；所述擠壓筒(3)含有直徑為60mm的四個(gè)孔，其孔的圓心與上模(2)四個(gè)的入口圓心對(duì)應(yīng)，所述擠壓軸為與擠壓筒對(duì)應(yīng)分布的四個(gè)擠壓軸(5)。

擠壓第一道次依次將四根等長(zhǎng)度，直徑為60mm，溫度為450℃的鎂合金棒材放入擠壓筒開(kāi)始擠壓。擠壓完畢將棒材切斷等長(zhǎng)度的4段，重新加熱擠壓。

第二道次擠壓溫度為400℃，第三道次擠壓溫度為350℃。

經(jīng)過(guò)三道次擠壓鎂合金棒材的晶粒組織即可細(xì)化到1-2μm。

實(shí)施例2：

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶鋁合金棒材熱擠壓模具及擠壓方法，擠壓模具包括下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)擠壓墊(4)擠壓軸(5)，其中下模(1)出口直徑為100mm，上模(2)有均勻分布的四個(gè)入口，直徑為60mm；所述擠壓筒(3)含有直徑為100mm的四個(gè)孔，其孔的圓心與上模(2)四個(gè)的入口圓心對(duì)應(yīng)，所述擠壓軸為與擠壓筒對(duì)應(yīng)分布的四個(gè)擠壓軸(5)。

擠壓第一道次依次將四根等長(zhǎng)度，直徑為100mm，溫度為480℃的鋁合金棒材放入擠壓筒開(kāi)始擠壓。擠壓完畢將棒材切斷等長(zhǎng)度的4段，重新加熱擠壓。

第二道次擠壓溫度為450℃，第三道次擠壓溫度為420℃，第四道次擠壓溫度為400℃。

經(jīng)過(guò)4道次擠壓鋁合金棒材的晶粒組織即可細(xì)化到0.5-1μm。

實(shí)施例3

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下膜(1)設(shè)置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設(shè)置有多個(gè)直徑為d的進(jìn)料口；所述擠壓筒(3)設(shè)置有多個(gè)與所述上模(2)進(jìn)料口一一對(duì)應(yīng)的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內(nèi)設(shè)置有相應(yīng)的擠壓軸(5)；所述D大于d；裝模后，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進(jìn)料端與上模(2)的進(jìn)料口對(duì)接，所述上模(2)進(jìn)料口的圓心位于對(duì)應(yīng)擠壓通道的軸心線上。

實(shí)施例4

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下膜(1)設(shè)置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設(shè)置有多個(gè)直徑為d的進(jìn)料口；所述擠壓筒(3)設(shè)置有多個(gè)與所述上模(2)進(jìn)料口一一對(duì)應(yīng)的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內(nèi)設(shè)置有相應(yīng)的擠壓軸(5)；所述D大于d；裝模后，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進(jìn)料端與上模(2)的進(jìn)料口對(duì)接，所述上模(2)進(jìn)料口的圓心位于對(duì)應(yīng)擠壓通道的軸心線上。

所述上模(2)設(shè)有3個(gè)均勻分布的進(jìn)料口，其中，D/d＝1.2～1.7。

實(shí)施例5

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下膜(1)設(shè)置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設(shè)置有多個(gè)直徑為d的進(jìn)料口；所述擠壓筒(3)設(shè)置有多個(gè)與所述上模(2)進(jìn)料口一一對(duì)應(yīng)的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內(nèi)設(shè)置有相應(yīng)的擠壓軸(5)；所述D大于d；裝模后，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進(jìn)料端與上模(2)的進(jìn)料口對(duì)接，所述上模(2)進(jìn)料口的圓心位于對(duì)應(yīng)擠壓通道的軸心線上。

所述上模(2)設(shè)有4個(gè)均勻分布的進(jìn)料口，其中，D/d＝1.2～2.0。研究發(fā)現(xiàn)：若D/d大于2，就會(huì)因?yàn)樯夏＞呷肟诘牟牧狭魉傩∮谙履＞叱隹诹魉?，而?dǎo)致在模具成形過(guò)程中阻力不足，在材料未完全充滿模具時(shí)就從下模出口流出，使擠壓的棒材存在缺陷。

實(shí)施例6

一種大尺寸細(xì)晶或超細(xì)晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下膜(1)設(shè)置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設(shè)置有多個(gè)直徑為d的進(jìn)料口；所述擠壓筒(3)設(shè)置有多個(gè)與所述上模(2)進(jìn)料口一一對(duì)應(yīng)的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內(nèi)設(shè)置有相應(yīng)的擠壓軸(5)；所述D大于d；裝模后，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進(jìn)料端與上模(2)的進(jìn)料口對(duì)接，所述上模(2)進(jìn)料口的圓心位于對(duì)應(yīng)擠壓通道的軸心線上。

所述上模(2)設(shè)有5個(gè)均勻分布的進(jìn)料口，其中，D/d＝1.2～2.2。

最后應(yīng)該說(shuō)明的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。