[發明專利]圓錐形金屬管材的扭轉強塑性加工方法

有效

• 申請號: 201280062230.X
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN104010744A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 金亨燮;嚴浩溶;尹恩宥;李東俊;李城
• 申請（專利權）人: 浦項工科大學校產學協力團
• 主分類號: B21D11/02
• 分類號: B21D11/02;B21D11/14;B21D7/00;C21D7/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;金玲

技術領域

本發明涉及對圓錐形金屬管材施加扭轉強塑性的方法，更具體地講，涉及如下的強塑性加工方法：在實質上保持形狀的同時，通過對圓錐形金屬管材施加由壓縮力和扭轉形成的剪斷應力而實現的剪斷變形，使金屬管材的微細組織實現超微細晶粒化或納米晶粒化，從而能夠提高材料的機械性質。

背景技術

圓錐形金屬管材利用于子彈或導彈的頭、航空、如汽車這樣的運輸機零部件產業及廚房、取暖器材這樣的各種領域。以往，這樣的圓錐形金屬管材是通過金屬旋壓法來加工為規定的形狀而使用的。

但是，金屬旋壓法是將材料的形狀控制作為主要目的的金屬成型技術，因此與控制微細組織這樣的提高材料的物理性質的技術沒有太大關系。進而，在金屬旋壓法中，由金屬工具的強壓力所致的變形集中于金屬管材的表面，存在加工之后金屬管材的內部與外部的物理性質差異較大的問題。

當金屬材料受到塑性變形時，開始形成小邊界角位錯胞的結構，塑性變形量越大，越隨著位錯胞(dislocation?cell)的亞晶粒的晶界角的增加而發生晶粒逐漸被細化的現象。在利用該現象，對材料施加大的變形而使晶粒實現超微細晶粒化或納米晶粒化時，與變形前的金屬材料相比，其機械性質(強度、硬度、耐磨損性及超塑性等)大大提高，因此越來越需要一種脫離以往的以形狀成型為主的材料加工方法而用于制造超微細/納米結晶材料的加工方法。

在這樣的超微細/納米晶粒形成中，不僅壓縮、拉伸、剪斷變形這樣的對材料施加的塑性變形量很重要，而且以使工藝前后的材料的形狀實質上相同的方式設計模具，以使能夠進行可施加大量的變形量的反復工藝也非常重要。

目前為止，作為滿足這種條件的強塑性加工方法，研發有如下工藝：等通道轉角擠壓工藝(ECAP：Equal?Channel?Angular?Pressing)、高壓扭轉工藝(HPT：High-Pressure?torsion)、累積軋合法(ARB：Accumulative?Roll?Bonding)、等徑角軋制工藝(ECAR：Equal?Channel?Angular?Rolling)等。

但是，還未研發出能夠相應于圓錐形金屬管材的形狀而進行強塑性加工的方法，因此需要研發該方法。

發明內容

技術課題

本發明的課題在于，提供如下的強塑性加工方法：實質上維持圓錐形金屬管材的形狀而能夠進行大變形加工，能夠使微細組織實現超微細晶粒化或納米晶粒化，從而能夠大大提高圓錐形金屬管材的機械性質。

解決課題的手段

作為解決上述課題的手段，本發明提供圓錐形金屬管材的扭轉強塑性加工方法，其特征在于，在圓錐形金屬管材的內側安裝與上述圓錐形金屬管材的內側形狀匹配的沖頭，在上述圓錐形金屬管材的外側安裝與上述圓錐形金屬管材的外側形狀匹配的模具，之后根據通過上述沖頭和模具對上述圓錐形金屬管材一邊施加壓縮力一邊施加扭轉而得到的剪斷變形，使圓錐形金屬管材的微細組織實現超微細晶粒化或納米晶粒化。

在本發明的實施例中，上述剪斷變形可通過使上述沖頭對模具加壓之后使上述沖頭旋轉而得到。另外，可以通過相反地使模具加壓旋轉或使沖頭和模具向彼此不同的方向(例如，沖頭向順時針方向，模具向逆時針方向)旋轉的方法來施加扭轉。

另外，在本發明的實施例中，能夠通過調節上述沖頭的壓縮力或轉速來控制上述剪斷變形的量。如果，在旋轉模具或使沖頭和模具同時旋轉的情況下，能夠通過調節模具的轉速或沖頭和模具的轉速來調節剪斷變形的量。

另外，在本發明的實施例中，能夠向上述圓錐形金屬管材的中心部施加大的壓縮力而使上述圓錐形金屬管材的中心部的微細結構實現超微細晶粒化或納米晶粒化。

另外，在本發明的實施例中，優選為，進行上述強塑性加工方法的工藝前后的圓錐形金屬管材的形狀實質上相同。由此，能夠使用相同的沖頭和模具而反復地施加變形，因此能夠施加大量的變形量。

另外，在本發明的實施例中，在上述模具或沖頭的一側或兩側的內部具備發熱體，從而能夠控制工藝溫度。由此，能夠在適合金屬管材的材質的工藝溫度下進行加工或進行微細組織的控制，從而能夠進一步提高加工的效率性。另外，上述發熱體可以不設置于模具或沖頭的內部，而是設置于模具或沖頭的外部。

另外，在本發明的實施例中，上述沖頭的頂點曲率可維持為比圓錐形金屬管材的頂點曲率大。由此，能夠將圓錐形金屬管材的在高度方向上的厚度維持為一定厚度，由此防止應力的集中而防止圓錐形金屬管材被破壞。

發明效果