[發明專利]側向轉角45°的等通道角擠壓結構

無效

• 申請號: 201210544012.1
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103028630A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 李洪洋;李先超;陳成;馬金龍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室
• 主分類號: B21C25/02
• 分類號: B21C25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及通過機械加工獲得超細晶材料領域，是在傳統等通道角擠壓基礎上，對擠壓通道路徑進行改良，使出口通道側向偏轉45°，以獲得單道次更大的變形量，從而減少試樣擠壓道次，獲得更高的應變，更好的晶粒細化效果。

技術背景：

超細晶材料由于其優良的力學及機械性能已成為當前的研究熱點。在金屬多種強化過程中，細晶強化在提高材料強度的同時也增強了材料的塑性。等通道角擠壓（equal?channel?angular?pressing，簡稱ECAP）技術是一種以純剪方式實現塊體材料大塑性變形的金屬成形工藝，能明顯的細化多晶材料的晶粒，獲得超細晶結構（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，可以經過數次變形以達到劇烈塑性變形的目的。但傳統等通道角擠壓有著材料變形不均勻,單道次變形獲得的應變量不夠大的缺點。

發明內容：

本發明在傳統等通道角擠壓的基礎上，提出一種新的劇烈塑性變形金屬流動方式的方法：在傳統等通道角擠壓模具結構上進行改進，使模具的擠出段側向通道轉動45°，從而增加一個側向應力，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變積累和細化效果，并且變形前后試樣截面積形狀不發生變化。

根據試樣原始尺寸及成形壓力設計合理凸模和凹模，使用的凹模設有一個入口通道和與之轉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，出口通道側向轉動角度45°，提高了每道次塑性變形量。

本發明工作原理：

本發明針對目前傳統等通道角擠壓時單道次變形獲得的應變量不夠大的缺點，提出了一種側向轉角45°的等通道角擠壓結構，出口通道側向轉動角度45°，如圖1所示，有效的提高了每道次的應變量，減少了材料成形的工作量和工作時間，同時，出口通道側向轉動45°，產生一個側向應力從而增加等徑角擠壓工藝過程中變形體變形時內部的靜水壓力,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變累積和細晶效果,且變形前后試樣橫截面形狀不發生變化,可以通過多道次擠壓,積累有效應變。

附圖說明：圖1為轉角45°的等通道角擠壓截面結構，1轉角材料出口2初始材料壓縮3模具。

具體實施方式：

本發明具體實施過程中涉及坯料的制備、擠壓設備的選擇、側向轉角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構及性能的測試分析，

一、坯料的制備、擠壓設備的選擇及模具的制造，根據最終試樣尺寸設計坯料尺寸，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。凹模出口較傳統等徑角擠側向水平轉動45度。同時根據最終成形材料構件的結構完成擠壓力的計算及擠壓設備的選型。

二、等通道角擠壓變形。根據等通道角擠壓工藝進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行晶粒細化。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，可選用二硫化鉬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，對于未滿足設計要求的棒材進行進一步的側向轉角劇烈塑性成形加工。

實例1

邊長10mm正方形截面制備超細晶鋁合金型材。首先，加工坯料，考慮到表面質量及后繼表面處理加工精度的要求，可選擇11×11mm的正方形截面鋁合金棒材，導r＝1mm圓角，長度可根據實際需求確定。然后300℃退火兩小時25℃/h。其次計算擠壓力，根據擠壓力及生產條件選擇擠壓設備并加工制造相應的剪切擠壓模具，在滿足擠壓噸位的要求下，擠壓設備既可選用立式也可選用臥式擠壓機。

在此基礎上設計加工適合鋁合金的凹模出口帶有45度轉角的等通道角擠壓模具，進行橫縱配合的剪切擠壓劇烈塑性成形，潤滑可選用二硫化鉬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等徑角擠。

最終通過組織性能測試確定微觀組織滿足設計要求后，如對表面質量有要求則可通過機械加工方式對所加工棒材進行表面處理。

實例2