[發明專利]管狀材料高壓剪切變形方法及其裝置

有效

• 申請號: 201110030903.0
• 申請日: 2011-01-28
• 公開（公告）號: CN102189706A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 王經濤;李政;王進;劉金強;尹德良;劉冉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B30B12/00
• 分類號: B30B12/00;B30B15/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及材料加工工程領域，特別是一種實現管狀材料環向剪切塑性變形的方法及其裝置，主要應用于各種金屬及合金材料、無機非金屬材料及高分子材料等，以實現這些材料在高靜水壓力的塑性變形，從而控制和優化其組織結構，提高其性能。

背景技術

劇烈塑性變形(severe?plastic?deformation，簡稱SPD)方法是一系列具有大變形量的塑性加工技術的總稱。SPD方法細化晶粒效果明顯，可以將材料內部組織細化到亞微米級、納米級甚至非晶態[R.Z.Valiev.Nature?materials.2004(3)：511-516.；R.Z.Valiev，A.K.Mukherjee.Scripta?mater.2001(44)：1747-1750.]。近年來，采用SPD方法制備塊體納米結構材料的技術受到了材料科學領域專家、學者們的普遍關注。與此同時，大量的研究推動SPD技術在制備塊體超細晶、納米晶材料方面的不斷發展。俄羅斯Ufa航空技術大學的R.Z.Valiev領導的研究小組認為，采用SPD方法制備超細晶材料應滿足多項條件[R.Z.Valiev，R.K.Islamgaliev，I?V.Alexandrov.Progress?in?Materials?Science.2000(45)：103-189.]，主要包括：大塑性變形量、相對低的變形溫度和變形材料內部高的靜水壓力。在這一原則指導下，人們提出并開發了各種SPD工藝和方法。

目前最受關注的SPD方法主要是，累積軋制(accumulative?roll-bonding，簡稱ARB)技術，等徑角變形(equal-channel?angular?pressing，簡稱ECAP)技術，以及高壓扭轉(high-pressure?torsion，簡稱HPT)技術等。其中ARB技術如圖1所示，可連續制備薄板類超細晶結構材料，且易于在傳統軋機上實現，設備簡單，實際應用意義重大。但是，在ARB技術加工過程中，為了實現良好的軋制復合，往往不能使用潤滑劑，這對軋輥的服役壽命不利。同時，由于材料在軋制過程中受到變形條件限制所能達到的靜水壓力不夠高，在加工過程中的累積一定的變形量后會出現開裂問題[N.Tsuji，Y.Saito，S.H.Lee，et?al.Advanced?Engineering?Materials.2003(5)：338-344.]。ECAP技術如圖2所示，采用該技術進行超細晶金屬加工處理具有巨大潛力。但是，對于一些難加工合金(如鎂合金等)，進行ECAP經常發生開裂，如果提高變形溫度，一方面會影響模具壽命，另一方面又會影響晶粒細化效果。再加上由于模具材料的限制，變形溫度不可能無限制地提高。而且ECAP為實現大的累積塑性變形，需要多道次加工，操作復雜。背壓ECAP(back?pressure?equal-channel?angular?pressing，簡稱BP-ECAP)即在模具出口通道施加背壓的ECAP技術，如圖3所示，可以在一定程度上解決難變形金屬ECAP的開裂問題，從而改善材料的微觀組織和機械性能；所施加的背壓有限，靜水壓力一般維持在幾百兆帕[R.YE.Lapovok.Journal?of?materials?science.2005(40)：341-346.]。施加的背壓太高則由于摩擦力和模具強度等因素而無法實現ECAP。HPT技術最符合前文中提到的SPD方法制備超細晶材料應滿足的多項條件。在現有的SPD技術之中，HPT技術晶粒細化能力最強。然而，HPT所能加工的試樣厚度方向尺寸很小[A.P.Zhilyaev，T.G.Langdon.Progress?in?Materials?Science.2008(53)：893-979.]，所加工的盤狀試樣，沿徑向存在較大的應變梯度，變形不均勻，晶粒細化程度也不均勻。