[發明專利]一種多線扭轉?強剪切擠壓應變路徑下大塑性變形裝置

在審

• 申請號: 201710889251.3
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107617645A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 馬明旭;馬夢晗;楊雪;王冰
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B21C25/02
• 分類號: B21C25/02;B21C23/08;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 俞魯江

技術領域

本發明涉及機械領域，具體涉及一種多線扭轉-強剪擠壓應變路徑下大塑性變形裝置。

背景技術

目前高性能的微晶、亞微晶、納米結構晶等超細晶材料的需求在電子信息、化工、生物工程、醫藥、航空航天、國防等高尖端領域有著廣泛的應用前景。隨著微、納材料研究的深入，如何高效率地實現微、納材料的制備已成為各國以及世界范圍內研究的熱點之一。大塑性變形工藝(Severe Plastic Deformation，SPD)技術是目前制備微、納結構材料等超細晶材料常用的塑性加工方法，材料在SPD過程中承受的獨特的應力狀態還可使材料形成不同于普通塑性變形所形成的組織，使材料的性能得以提高。壓縮-剪切(簡稱壓剪)復合變形是SPD加工工藝的一種，常被用來制備超細晶、甚至獲得局部納米晶的材料。專利號CN106238488A提出了不同壓剪復合應變路徑下連續大塑性變形的方法和裝置。該方法通過設計壓剪彎曲模各功能段的尺寸，配以其它方向的壓縮變形來達到不同應力狀態。該方法需要大量不同厚度的板料，一般僅在局部會達到納米結構晶，嚴重影響材料的制備效率。蘇聯科學家提出的等徑角擠壓(Equal Channel Angular Extrusion and Pressing，ECAE or ECAP)是一類新穎高效的塊體類金屬超細晶材料的制備技術。該工藝的變形機理主要為彎角處的剪切變形，世界上許多學者已經對此做了較深入的研究，盡管該方法僅限于實驗室研究，但經過多道次變形后可用于制備大塊亞微晶、納米晶等超細晶組織。另外一類生產塊體亞微米、納米晶材料的行之有效的塑性加工方法是高壓扭轉法。該方法利用扭轉變形促使變形體產生軸向壓縮和切向剪切變形，研究發現經過高壓下的嚴重扭轉變形后，材料內部形成了大角度晶界的均勻結構，晶粒得到明顯細化，材料的性能也發生了質的變化。專利號CN103785702A提出了一種渦旋擠壓式大塑性變形裝置。該方法為直通式扭轉擠壓工藝，該方法依靠扭轉擠壓腔的入口錐和出口錐的夾角以及腔內壁凸起和凹槽實現大塑性變形。物料塑性變形程度取決于入口錐與出口錐的夾角，當該夾角不足，腔內壁的凸起與凹槽形成的剪切應力便不足以從物料的外部區域作用到物料的內部，因此需要足夠的角度來發生塑性變形。而較大的角度意味著出口模腔口部變小，所以需要較大的擠壓力，這對于一些難變形合金提出了更高的要求。專利號CN106238488A方法制備的僅為局部超細晶組織，剪切變形僅僅發生局部。而ECAP和專利號CN103785702A的方法都存在擠壓力大、加工坯料尺寸受限、剪切變形不均勻、不充分等缺點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種多線扭轉-強剪切擠壓應變路徑下大塑性變形裝置，主要依靠擠壓桿推動模具中擠壓筒中物料進入多線扭轉預變形型腔進行預變形，然后進入彎曲角為β的區域內進行強剪切變形與壓縮變形作用后，實現均勻的強剪切變形。該方法可通過多道次累計變形加工實現劇烈塑性變形的累積。本裝置一般適用于棒材加工，特別是塑性較差的難加工材料，可用于高性能微晶、亞微晶，納米結構晶等超細晶材料制備領域，是集扭轉、強剪切、擠壓于一體的大塑性變形裝置。

具體技術方案如下：

一種多線扭轉-強剪切擠壓應變路徑下大塑性變形裝置，包括多線扭轉模具，所述多線扭轉模具包括入料擠壓筒、入口過渡帶、多線扭轉預變形型腔、多線扭轉-強剪切擠壓變形型腔、變形出口帶、出口過渡帶和出料筒；所述入料擠壓筒通過過渡圓角同入口過渡帶、多線扭轉預變形型腔相連；所述多線扭轉預變形型腔右端口與多線扭轉-強剪切擠壓變形型腔相連；所述多線扭轉預變形型腔和多線扭轉-強剪切擠壓變形型腔均設計有凹凸變形帶，所述變形帶有凸起和凹槽，并有一定螺旋升角α；所述多線扭轉強剪切擠壓變形型腔與變形出口帶平滑相連，變形出口帶與出口過渡帶及出料筒通過過渡圓角相連。

所述凹凸變形帶的螺旋升角α＝30～75°。

所述凹凸變形帶的凸起和凹槽線差為3～30mm。

所述凹凸變形帶的線數為2～40線。

所述凹凸變形帶分布在彎曲角β全部區域，彎曲角β可以為多角度；該區域中入口處空間較出口處空間大20％～60％，所述彎曲角β區域出口處可以根據材料后期加工需要設計為規則形狀。

所述多線扭轉模具由模具固定板壓緊，并用沉頭螺釘固定在擠壓設備上。

所述多線扭轉-強剪切擠壓應變路徑下大塑性變形裝置適用于棒材加工，特別是塑性較差的難加工材料以及納米晶等超細晶材料的制備。

本方法的優點是：