[發明專利]一種高熵合金薄壁管超低溫擠壓成形裝置及方法

在審

• 申請號: 202110494108.0
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113172108A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 苑世劍;鄭凱倫;林鵬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B21C23/08
• 分類號: B21C23/08;B21C25/00;B21C29/00;B21C31/00;C21D9/08;C22C30/00;C22F1/02;C22F1/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 孫玲

本發明公開一種高熵合金薄壁管超低溫擠壓成形裝置，包括超低溫環境箱、擠壓桿、擠壓筒、預應力環、底板和控溫冷卻單元，控溫冷卻單元包括冷卻介質源和測溫元件，擠壓筒、預應力環和擠壓桿均設置冷卻通道，冷卻通道與冷卻介質源相連通。本發明還提供一種高熵合金薄壁管超低溫擠壓成形方法，采用具有循環冷卻介質的超低溫模具，保證高熵合金坯料持續在超低溫環境下進行擠壓變形，利用超低溫條件下高熵合金均勻延伸率與硬化同時提高的特性，保證擠出管材的壁厚均勻性和表面質量，同時保證高熵合金擠出管材內部積累晶內亞結構，配合后續熱處理獲得高熵合金細晶管材，解決傳統熱擠壓組織弱化的問題。所得管材不存在焊縫，尺寸精度高，可靠性高。

技術領域

本發明涉及金屬擠壓成形技術領域，特別是涉及一種高熵合金薄壁管超低溫擠壓成形裝置及方法。

背景技術

高熵合金具有強度高、耐腐蝕、耐高溫與可設計性的顯著優點，具有極寬的應用溫度區間，是近年來的材料前沿，有望成為航空航天、船舶航海、兵器等高端裝備構件的關鍵材料。薄壁管材由于其封閉幾何結構，是成形整體復雜曲面薄壁件的理想坯料結構。由于高熵合金組織演變復雜、性能調控難，目前現有的管材制備技術，如熱軋制、熱擠壓、拉拔、板材卷焊等，均無法用于制備組織性能優異、壁厚均勻、表面質量好與可靠性高的高熵合金薄壁管，進而無法通過塑性加工高熵合金薄壁管以制備復雜曲面薄壁構件。

熱態擠壓是制備輕質難變形材料管材的常用方法，為顯著降低擠壓力，坯料往往加熱到再結晶溫度(0.6倍的合金熔點)之上，該方法制備高熵合金管材的缺點在于，高溫條件下高熵合金組織弱化，易發生嚴重氧化，同時熱擠壓過程中模具與坯料界面摩擦大，導致坯料流動時易與模具型腔發生粘連，影響擠出管材的表面質量；且溫度較高時，材料軟化嚴重，易導致擠出管材壁厚不均勻。

拉拔工藝是制備管材、絲材的常用工藝，該工藝的缺點在于受拉拔力限制，單道次變形量小，往往需要多道次變形，制備周期長，成本高；金屬坯料受拉應力，易產生表面裂紋，甚至拉斷，不適用于加工硬化明顯的高熵合金。

板材卷焊是制備有縫管材的低成本制備工藝，該方法無法適用于制備高熵合金管材的原因在于：1)高熵合金彈性模量大、屈服強度高，導致卷焊后尺寸精度低、殘余應力大；2)卷焊管材存在焊縫，而目前適用于高熵合金的焊接工藝未見報道，無法保證焊接質量，導致卷焊高熵合金管材可靠性差；3)卷焊管坯無法制備整體零件，焊縫導致構件的可靠性難以保證。

因此，如何改變現有技術中，制備高熵合金薄壁管時易出現管件壁厚不均勻、組織性能差、表面質量差、可靠性低的現狀，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種高熵合金薄壁管超低溫擠壓成形裝置及方法，以解決上述現有技術存在的問題，保證擠出管材的壁厚均勻性和表面質量，提高擠出管材的組織性能和可靠性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種高熵合金薄壁管超低溫擠壓成形裝置，包括超低溫環境箱、擠壓桿、擠壓筒、預應力環、底板和控溫冷卻單元，所述超低溫環境箱內能夠容納超低溫介質，所述擠壓筒和所述預應力環均設置于所述超低溫環境箱中，所述預應力環套裝于所述擠壓筒的外部，所述預應力環與所述擠壓筒過盈配合，所述擠壓桿與所述擠壓筒同軸設置，所述擠壓桿能夠伸入所述擠壓筒內且能夠沿著所述擠壓筒的軸線方向往復運動，所述擠壓筒內能夠容納高熵合金坯料；所述控溫冷卻單元包括冷卻介質源和測溫元件，所述底板設置于所述超低溫環境箱的底部，所述底板具有能夠允許所述擠壓桿通過的通孔，所述擠壓筒、所述預應力環和所述擠壓桿均設置冷卻通道，所述冷卻通道與所述冷卻介質源相連通。

優選地，所述超低溫環境箱的側壁設置保溫隔熱層，所述超低溫環境箱與所述底板之間設置隔熱板。

優選地，所述擠壓桿包括相連的頭部和桿部，高熵合金坯料為空心柱狀結構，所述擠壓筒、所述桿部分別與高熵合金坯料間隙配合，所述冷卻通道設置于所述頭部內。

優選地，所述預應力環的外徑為所述擠壓筒外徑的3-5倍。