[發(fā)明專(zhuān)利]一種晶粒尺寸梯度分布的縮徑式往復(fù)擠壓成型方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810251623.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108380682A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李萍;吳廣善;薛克敏;嚴(yán)思梁
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B21C23/03
• 分類(lèi)號(hào): B21C23/03
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 王林

本發(fā)明公開(kāi)了一種晶粒尺寸梯度分布的縮徑式往復(fù)擠壓成型方法，在往復(fù)擠壓通道中增加梯度成型通道，所述梯度成型通道沿模具外壁向中心凸起設(shè)置；將坯料放入往復(fù)擠壓通道，沿往復(fù)擠壓通道的一側(cè)進(jìn)行擠壓，另一側(cè)提供固定背壓，坯料流入梯度成型通道后墩粗變形，待坯料完全流入另一側(cè)通道后，然后沿往復(fù)擠壓通道進(jìn)行反向擠壓；往復(fù)多次完成坯料的多道次成型。本發(fā)明適用于表層為納米晶或超細(xì)晶、芯部為粗晶，晶粒尺寸由表層至芯部呈梯度分布的材料制備，表層晶粒細(xì)化效果顯著，表面細(xì)晶區(qū)明顯。所制備的晶粒尺寸呈梯度分布，單道次往復(fù)擠壓后棒材表層為約2mm厚，晶粒尺寸為500nm左右的超細(xì)晶層，芯部晶粒尺寸約為50μm。模具不易損耗，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性好，易于工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料加工技術(shù)，尤其涉及的是一種晶粒尺寸梯度分布的縮徑式往復(fù)擠壓成型方法。

背景技術(shù)

材料作為21世紀(jì)三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，在國(guó)家建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)，隨著醫(yī)療、交通、電力、航空等各領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)兼具高強(qiáng)度與高塑性的材料的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。然而，在大多數(shù)情況下，當(dāng)金屬的強(qiáng)度提升到一定程度后，其塑性和韌性會(huì)下降，使強(qiáng)度一塑性呈倒置關(guān)系，成為金屬材料科學(xué)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題之一。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)材料表層為納米晶或超細(xì)晶、芯部為粗晶，且晶粒尺寸由表層至芯部呈梯度分布時(shí)，材料可以兼具高強(qiáng)度及優(yōu)良的塑性。對(duì)現(xiàn)有梯度結(jié)構(gòu)材料的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，K.Lu等人在《Science》發(fā)表“Making strong nanomaterials ductile with gradients”梯度結(jié)構(gòu)原理制備強(qiáng)韌納米材料，(2014,345(6203):1455.)指出當(dāng)鋼、銅、鋁等材料的晶粒尺寸細(xì)化至納米尺度時(shí)可以得到較高的強(qiáng)度，但由于應(yīng)力集中，其塑性顯著降低，而當(dāng)材料表層為納米晶或超細(xì)晶、芯部為粗晶，且晶粒尺寸由表層至芯部呈梯度分布時(shí)，可以使材料兼具優(yōu)良的塑性及高強(qiáng)度；T.H.Fang等人在《Science》發(fā)表“Revealing ExtraordinaryIntrinsicTensile Plasticity in GradientNano-Grained Copper”梯度結(jié)構(gòu)納米晶銅具備優(yōu)良塑性的原因，(2011,331(6024):1587.)，通過(guò)表面機(jī)械研磨在直徑為6mm的銅棒表面得到約150微米厚的納米層，同時(shí)銅棒的芯部仍為粗晶，晶粒尺寸由外到內(nèi)呈梯度分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)銅棒具有梯度結(jié)構(gòu)時(shí)，其屈服強(qiáng)度是普通粗晶銅棒的兩倍，同時(shí)其塑性也更高；R.Neugebauer等人在《Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik》發(fā)表“Gradation extrusion-Severe plastic deformation withdefined gradient”通過(guò)梯度擠壓實(shí)現(xiàn)變形量梯度分布的大塑性變形，(2012,43(7):582-588.)，論文對(duì)鋁合金的梯度擠壓進(jìn)行梯度擠壓模擬及實(shí)驗(yàn)，模擬結(jié)果表明，鋁合金在單次梯度擠壓后，其表面的應(yīng)變量約為5，而心部應(yīng)變量?jī)H為1.2，實(shí)現(xiàn)了合金的應(yīng)變量由外至內(nèi)的梯度分布，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，坯料在變形后容易出現(xiàn)裂紋及彎曲等缺陷；Markus Bergmann等人在《Applied Mechanicsand Materials》發(fā)表“Influencing the gradient of material properties bygradation extrusion”通過(guò)梯度擠壓實(shí)現(xiàn)材料性能的梯度分布，(2015,794:166-173.)，研究表明，AlMgSi合金在梯度擠壓后，坯料的硬度由中心的95HV逐漸提升至邊緣的125HV，晶粒尺寸由外向內(nèi)逐漸升高。但是，現(xiàn)有制備晶粒尺寸梯度分布材料的工藝中，表面機(jī)械研磨或噴丸處理獲得的表面超細(xì)晶或納米晶區(qū)厚度較小，一般不超過(guò)100微米；梯度擠壓一般只能實(shí)現(xiàn)一道次擠壓，不能使坯料累積更大的應(yīng)變，表面晶粒的細(xì)化效果有限，此外擠壓后的坯料還易出現(xiàn)裂紋及彎曲等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：如何實(shí)現(xiàn)材料表層晶粒細(xì)化以及如何控制細(xì)晶區(qū)范圍，提供了一種晶粒尺寸梯度分布的縮徑式往復(fù)擠壓成型方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的，本發(fā)明包括以下步驟：