[發明專利]一種全自動金屬材料晶粒細化與成型的一體制備裝置

在審

• 申請號: 202010263246.3
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111330987A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 李玉華;馬愛斌;徐瓊;劉歡;江靜華;邱超;楊東輝
• 申請（專利權）人: 宿遷市河海大學研究院;河海大學;宿遷鎂納新材料科技有限公司
• 主分類號: B21C23/00
• 分類號: B21C23/00;B21C23/21;B21C25/02
• 代理公司: 蘇州衡創知識產權代理事務所(普通合伙) 32329
• 代理人: 仲昌民

本發明公開了一種全自動金屬材料晶粒細化與成型的一體制備裝置，包括自動化旋轉系統、自動換模系統、擠壓成型系統及自動鎖模裝置；其中，所述自動化旋轉系統的一端設置有所述擠壓成型系統，所述擠壓成型系統的一側設置有所述自動鎖模裝置，所述擠壓成型系統的底端設置有所述自動換模系統。有益效果：可以使原先只適應于鑄造加工的金屬，實現晶粒細化，韌性提高后，一次性完成擠壓成型；該過程全自動化后可在很短時間內完成一系列的加工，材料溫度基本沒有下降，不需要進行重新加熱保溫，既節約了時間提高了效率，又節省了能源，降低了成本，拓寬了可進行塑性成形材料的范圍，并且可以制備以前無法通過塑性成形加工的高強度工件。

技術領域

本發明涉及金屬材料塑性加工技術領域，具體來說，涉及一種全自動金屬材料晶粒細化與成型的一體制備裝置。

背景技術

金屬材料根據變形能力的強弱，可分為鑄造金屬和變形金屬兩大類。鑄造金屬本身韌性較差，塑性成型能力弱，在變形過程中易開裂，無法完成材料的擠壓成型加工；變形合金本身韌性強，塑性成型能力強，可以通過塑性變形擠壓成為目標產品的形狀。變形金屬是相比于鑄造金屬具有更大的發展潛力，通過材料結構的控制、熱處理工藝的應用，變形金屬可獲得更高的強度、更好的延展性和更多樣化的力學性能，從而滿足多樣化工程結構件的應用需求。但本身金屬材料的塑性是限制鑄造金屬采用變形加工工藝成型的主要因素。

目前市場上的成型擠壓機，只是簡單的材料成型，由于產品外形的需求和模具形狀設計的不同，在擠壓過程中，存在原材料變形程度不同，從而導致產品應力分布不均勻，變形量小的，應力集中小，但材料形變強化弱，變形量大的，應力集中大，材料形變強化強，強度提高，塑形降低。應力集中處往往容易導致產品失效(塑性低)，但形變強化有利于產品強度的提高。目前，為了減少應力集中，一般采用變形后退火處理，但退火處理同時也減弱了產品獲得的形變強化。

晶粒細化能夠同時提升金屬材料的強度和韌性，因此相對于普通鑄件，超細晶材料具有優良的綜合力學性能，大塑性變形是制備超細晶材料的一種重要方法，其中等通道轉角擠壓(ECAP)能夠制備較大尺寸的超細晶材料，是一種具有工程應用前景的超細晶工藝。等通道轉角擠壓，又稱等徑角擠壓，是俄羅斯科學家Segal在1981年發明的材料加工方法，在上世紀八十年代并沒有引起太多的重視。從上世紀末開始，對ECAP的研究得到了廣泛的重視，特別是在采用該技術研制塊體超細晶和納米材料方面引起了廣泛的關注。近年來，等徑角擠壓已被認為是最有工業應用前景的塊體超細晶材料加工技術。經過多道次的ECAP加工，鋁合金、鈦金屬、低碳鋼和不銹鋼等大多獲得了晶粒尺寸在1μm以下的超細晶組織，有的甚至達到了晶粒直徑100nm左右的塊體納米材料；組織均勻性和材料力學性能得到了明顯改善，特別是塑性變形能力和韌性得到了極大的提高。例如河海大學馬愛斌教授采用回轉式等通道轉角擠壓(RD-ECAP)對鋁硅共晶合金進行加工，使得該合金的沖擊韌性提高了10倍。由此可見，ECAP是改善金屬材料組織和力學性能的重要手段之一，但目前ECAP研究仍然停留在實驗室階段，且只能夠制備超細晶塊材，要做成可使用的工件，必須進行二次加工，工藝復雜。并且ECAP加工和成型加工均為大塑性加工，需要將金屬加熱到一定溫度，保溫一定時間，整個材料溫度均勻后，進行熱加工，目前的工藝，為ECAP超細晶加工和材料成型加工分為兩步，需要進行兩次重復加熱保溫，效率低下，且存在大量的材料、能源等的浪費。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的問題，本發明提出一種全自動金屬材料晶粒細化與成型的一體制備裝置，在原有RD-ECAP模具的基礎上，集成了自動化旋轉系統、自動換模系統及擠壓成型系統，能夠一次性完成晶粒細化和材料成型，以克服現有相關技術所存在的上述技術問題。

為此，本發明采用的具體技術方案如下：