[發(fā)明專利]變截面剪切擠壓技術(shù)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210179221.0
• 申請(qǐng)日: 2012-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102873120A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪洋;汪玲;陳成;李先超;李江天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B21C23/00
• 分類號(hào): B21C23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通過機(jī)械加工制備高性能金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，是一種簡(jiǎn)單擠壓產(chǎn)生劇烈塑性變形制備超細(xì)晶以提高金屬力學(xué)及機(jī)械性能的方法。?

背景技術(shù)

在金屬材料的多種強(qiáng)化方式中，細(xì)晶強(qiáng)化可同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性，超細(xì)晶材料由于其優(yōu)越的力學(xué)及機(jī)械性能一直以來就是科學(xué)研究的重點(diǎn)方向。?

大塑性變形技術(shù)(Severe?Plastic?Deformation，簡(jiǎn)稱SPD)具有強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化能力，可以直接將材料內(nèi)部組織細(xì)化到亞微米乃至納米級(jí)，已被國(guó)際材料學(xué)界公認(rèn)為是制備塊狀納米和超細(xì)晶材料最有前途的方法。大塑性變形技術(shù)主要包括：等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal?Channel?Angular?Pressing，ECAP)、累積軋(AccumulativeRoll?Bonding，ARB)、往復(fù)擠壓(Cyclic?Extrusion?Compression，CEC)、多向鍛造(Muhiple?Forging)和連續(xù)變斷面循環(huán)擠壓法等。受到各行業(yè)對(duì)高性能材料強(qiáng)烈需求的推動(dòng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)細(xì)晶材料及其制備技術(shù)的研究十分活躍。?

之前也有報(bào)告提出剪切擠壓變形的方法，在特定的擠壓通道內(nèi)，材料橫截面積不發(fā)生變化，而橫截面形狀發(fā)生變化。方形試樣在通道內(nèi)先擠壓變形為平行四邊形，后還原為方形，此過程經(jīng)歷的劇烈塑性變形，產(chǎn)生了大量超細(xì)晶。但上述方法中段方形材料變形成平行四邊形，材料內(nèi)部必會(huì)產(chǎn)生一定的損傷，使材料的力學(xué)及機(jī)械性能下降。?

在此背景下本發(fā)明提出一種新式的劇烈塑性變形方法——變截面剪切擠壓變形制備高強(qiáng)度的超細(xì)晶材料。?

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對(duì)目前剪切擠壓制備超細(xì)晶微觀損傷嚴(yán)重的問題，給出了一種新型塑性成形方法制備工程結(jié)構(gòu)用高質(zhì)量塊體材料的新方法，具有既能發(fā)揮劇烈塑性成形強(qiáng)烈剪切變形細(xì)化晶粒的能力，同時(shí)又能通過提高變形區(qū)靜水壓力閉合成形過程中的微缺陷，顯著提高所制備的超細(xì)晶材料質(zhì)量。附圖說明：圖1是通道結(jié)構(gòu)三維示意圖；圖2是入口材料橫截面圖，中段變形橫截面圖，出口材料橫截面圖；圖3是入口材料橫截面圖，中段變形橫截面圖，出口材料橫截面圖；圖4是入口材料橫截面圖，中段變形橫截面圖，出口材料橫截面圖。?

剪切擠壓變形過程中，變形區(qū)截面面積保持不變，幾何形狀發(fā)生變化，例如斜雙鼓形等形狀，如圖2，根據(jù)靜水壓力大于零時(shí)可對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)有修復(fù)作用的原理，可大大改善材料的力學(xué)及機(jī)械性能，達(dá)到更高的生產(chǎn)要求。?

本發(fā)明主要包括以下內(nèi)容：?

1.剪切擠壓變形時(shí)，變形區(qū)截面面積保持不變，變形可以累積，可進(jìn)行多道次加工直到材料性能滿足要求。?

2.改變變形區(qū)金屬垂直法線方向的金屬流體特征，形成壓應(yīng)力，修復(fù)微觀材料缺陷。?

本發(fā)明工作原理：?

擠壓材料使其通過特定形狀的通道，過程中產(chǎn)生剪切變形，變形前后材料橫截面積不發(fā)生改變，此過程可重復(fù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)變累積。同時(shí)，中段變形為雙鼓形，變形區(qū)材料承受三向靜水壓力，可以修復(fù)微觀材料缺陷。?

具體實(shí)施方式：

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、劇烈剪切擠壓模具的制造、劇烈塑性成形擠壓變形以及經(jīng)劇烈塑性成形后的材料組織結(jié)構(gòu)及性能的測(cè)試分析。?

一、根據(jù)最終成形材料構(gòu)件的幾何尺寸設(shè)計(jì)加工相應(yīng)的坯料。由于剪切擠壓不改變材料變形前后截面形狀，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。?

二、模具的制造。根據(jù)對(duì)成形材料構(gòu)件的要求設(shè)計(jì)擠壓通道模具。?

三、根據(jù)劇烈塑性成形工藝進(jìn)行變截面形狀剪切擠壓劇烈塑性成形，依托交替的劇烈軸對(duì)稱剪切變形進(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(rùn)滑，可選用二硫化鉬或高性能納米潤(rùn)滑劑。?

四、對(duì)完成加工過程的棒材進(jìn)行宏觀材料性能及微觀組織測(cè)試，分析最終材料性能及組織特點(diǎn)，對(duì)于未滿足設(shè)計(jì)要求的棒材進(jìn)行進(jìn)一步復(fù)合劇烈塑性成形加工。?

五、最終成形件的表面處理、截?cái)嗉昂罄^加工。對(duì)于經(jīng)測(cè)試分析的材料進(jìn)行表面處理，并根據(jù)零件尺寸進(jìn)行截?cái)嗉昂罄^加工。?

實(shí)施例1?