专利名称：折线式挤压成型方法
技术领域：
本发明涉及的是一种材料加工方法，尤其是一种折线式制备超细晶材料同时又可直接成型为产品的折线式挤压成型方法。
背景技术：
超细晶材料是集优异的强度与良好的塑韧性于一体的高性能结构材料。传统压力加工技术就可以在材料成型的同时细化组织、消除铸造缺陷，获得比铸态产品更优异的力学性能，然而，传统工业采用的挤压、锻造、轧制等压力加工技术由于每次加工的应变量没有达到一定的临界值，所以从诞生至今一直没有得到超细晶。近10多年来，大塑性变形技术(severe plastic deformation)的研究表明，采用强烈的塑性变形就可以获得亚微米，纳米级晶粒，在保持良好的塑韧性下，显著提高材料的强度。
经对现有技术的文献检索发现，Y.Iwahashi等人在《Scripta Material》(材料导报，1996，35143-146)上发表的“principle of equal-channel angularpressing for the processing of ultra-fine grained materials”(制备超细晶材料的等通道转角挤压原理)一文中，介绍了等通道转角挤压制备超细晶材料的原理，挤压模具内有两个截面相等的通道，两通道以一定的角度相交，挤压时，材料在冲头的作用下经过两通道的转角处，产生局部大剪切塑性变形。该技术可以制备大体积材料，多次反复挤压可使各次变形的应变量累积迭加，从而得到相当大的总应变量，经过该工艺加工的材料晶粒大小可以达到100nm～200nm，但是，该技术最大的缺点是不能实现连续挤压，每挤压一次后需要翻转工件，费时费力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种折线式挤压成型方法，使其细化晶粒的同时又可以直接成型，整个过程连贯作业，高效率、低成本。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明分为三个步骤
(1)进料的加工步骤将待加工材料置于进料机构，待加工材料在进料机构的驱动下，进入细化机构的进料端直通道。
进料机构为驱动装置，可以是由挤压杆和挤压筒构成的挤压型腔，挤压型腔容纳被加工材料，在挤压杆挤压力作用下，材料被送入细化晶粒的细化机构的进料端直通道；或者是导轮，待加工材料在导轮的摩擦力驱动下，进入细化机构的进料端直通道。还可以是其他的驱动装置。
(2)折线式细化晶粒加工步骤在细化机构中设有折线式通道，材料在进料驱动力的连续作用下，经过折线式通道，材料在折线式通道中受到若干次强烈的剪切应力(至少两折通道受四次剪切力，可以根据需要调节折线通道数目，就可以获得不同的剪切次数)，产生很大的应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；在细化机构中，圆柱体式模芯沿轴线分型为两半，在分型面上沿轴线开设折线式凹槽，分型面轴线两端设有直通道与折线式凹槽连接，两半圆柱体式模芯组合后依靠1°～5°的配合锥度装入圆筒式模套中构成折线式通道，沿材料进料方向，细化机构的前端直通道为进料端，后端直通道为出料端。
(3)直接成型加工步骤经细化机构细化后且均匀分布的材料，由细化机构出料端直通道进入成型机构直接成型。
成型机构由轧辊构成，在轧辊轧制力作用下，待加工材料直接成型。成型机构或者是成型模具。
待加工材料为合金和复合材料的铸锭、挤压棒材或轧制板材。
本发明通过在细化机构中设置折线式通道，使材料在折线式通道中受到剪切应力后直接进入成型机构，制备细化晶粒的同时又可以直接成型，具有显著的晶粒细化效果，且所用装置结构简单、加工容易、实用面广，可以用于合金和复合材料的铸锭、挤压棒材或轧制板材等的组织细化和成型，实现连续的生产，易于工业应用。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例
实施例1制备高性能AZ31镁合金板材，具体分为三个步骤(1)进料的加工将AZ31镁合金铸锭置于进料机构，在进料机构中，挤压杆和挤压筒构成挤压型腔，在铸锭为250℃、进料机构为220℃下，待加工材料在挤压型腔中被挤压杆压缩推动，进入细化机构的进料端直通道；(2)折线式细化晶粒加工细化机构中，圆柱体式模芯沿轴线分型为两半，在分型面上沿轴线开设折线式凹槽，分型面轴线两端设有直通道与折线式凹槽连接，两半圆柱体式模芯组合后依靠1°的配合锥度装入圆筒式模套中构成折线式通道。细化机构温度为220℃时，材料在进料力的连续作用下由进料端直通道进入折线式通道，材料在折线式通道中受到若干次强烈的剪切应力，产生很大的应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；(3)直接成型加工经细化机构细化后且均匀分布的材料，由细化机构的出料端直通道进入成型机构，成型机构被预热到220℃，成型机构为轧辊，在轧辊轧制力作用下，待加工材料就可以轧制成高性能AZ31镁合金板材。
本实施例的AZ31镁合金经过本折线式挤压成型方法加工后的板材，平均晶粒大小为0.5μm，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到310Mpa、235Mpa、20％。
实施例2制备高性能Mg2Si增强镁基复合棒料，具体分为三个步骤(1)进料的加工在AZ91镁合金基础上，添加重量百分比为10％的Si，浇铸后轧制成板材，将该板材置于进料机构，进料机构为导轮，在板材为300℃、进料机构为270℃，待加工材料在导轮的摩擦力驱动下，进入细化机构的进料端直通道；(2)折线式细化晶粒加工细化机构中，圆柱体式模芯沿轴线分型为两半，在分型面上沿轴线开设折线式凹槽，分型面轴线两端设有直通道与折线式凹槽连接，两半圆柱体式模芯组合后依靠5°的配合锥度装入圆筒式模套中构成折线式通道。细化机构温度为270℃时，材料在进料力的连续作用下由进料端直通道进入折线式通道，材料在折线式通道中受到若干次强烈的剪切应力，产生很大的应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；(3)直接成型加工经细化机构细化后且均匀分布的镁基复合材料，由细化机构的出料端直通道进入成型机构，成型机构为成型模具，两个成型模构成圆形成型型腔，成型型腔与细化机构的出料端直通道连接，成型机构被预热到270℃，通过成型型腔，该材料就可以挤出成高性能Mg2Si增强镁基复合棒料。
本实施例的AZ91镁合金添加10％的Si材料经过本折线式挤压成型方法加工后的高性能Mg2Si增强镁基复合棒料，Mg2Si相平均大小小于1μm，并使他们在基体中均匀分布，基体晶粒大小约1.5μm，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到350Mpa、260Mpa、10％。
实施例3制备高性能奥氏体不锈钢00Cr18Ni12杯形件，具体分为三个步骤(1)进料的加工将奥氏体不锈钢00Cr18Ni12铸锭置于进料机构，在进料机构中，挤压杆和挤压筒构成挤压型腔，在室温下，待加工材料在挤压型腔中被挤压杆压缩推动，进入细化机构的进料端直通道；(2)折线式细化晶粒加工细化机构中，圆柱体式模芯沿轴线分型为两半，在分型面上沿轴线开设折线式凹槽，分型面轴线两端设有直通道与折线式凹槽连接，两半圆柱体式模芯组合后依靠1°的配合锥度装入圆筒式模套中构成折线式通道。材料在进料力的连续作用下由进料端直通道进入折线式通道，材料在折线式通道中受到若干次强烈的剪切应力，产生很大的应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；(3)直接成型加工经细化机构细化后且均匀分布的材料，由细化机构的出料端直通道进入成型机构，成型机构为成型模具，两个成型模构成杯形成型型腔，成型型腔与细化机构的出料端直通道连接，通过成型型腔，该材料就可以挤压成高性能奥氏体不锈钢00Cr18Ni12杯形件。
本实施例的奥氏体不锈钢00Cr18Ni12经过本折线式挤压成型方法加工后的杯形件，平均晶粒大小为250nm，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到1400Mpa、950Mpa、25％。
权利要求
1.一种折线式挤压成型方法，其特征在于，分为三个步骤(1)进料的加工将待加工材料置于进料机构，待加工材料在进料机构的驱动下，进入细化机构的进料端直通道；(2)折线式细化晶粒加工在细化机构中设置折线式通道，材料在进料力的连续作用下，经过折线式通道，材料在折线式通道中受到若干次强烈的剪切应力，产生很大的应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；(3)直接成型加工经细化机构细化后且均匀分布的材料，由细化机构的出料端直通道进入成型机构直接成型。
2.根据权利要求1所述的折线式挤压成型方法，其特征是，所述的进料机构为驱动装置，由挤压杆和挤压筒构成的挤压型腔，挤压型腔容纳被加工材料，在挤压杆挤压力作用下，材料被送入细化晶粒的细化机构的进料端直通道；或者为导轮，待加工材料在导轮的摩擦力驱动下，进入细化机构的进料端直通道；或者为挤压型腔、导轮以外的驱动装置。
3.根据权利要求1所述的折线式挤压成型方法，其特征是，在所述的细化机构中，圆柱体式模芯沿轴线分型为两半，在分型面上沿轴线开设折线式凹槽，分型面轴线两端设有直通道与折线式凹槽连接，两半圆柱体式模芯组合后依靠1°～5°的配合锥度装入圆筒式模套中构成折线式通道，沿材料进料方向，细化机构的前端直通道为进料端，后端直通道为出料端。
4.根据权利要求1所述的折线式挤压成型方法，其特征是，所述的待加工材料为合金和复合材料的铸锭、挤压棒材或轧制板材。
5.根据权利要求1或者4所述的折线式挤压成型方法，其特征是，所述的待加工材料至少通过两折通道受四次剪切力。
6.根据权利要求1所述的折线式挤压成型方法，其特征是，所述的成型机构为轧辊或者成型模具，成型模具由两个成型模构成成型型腔，成型型腔与细化机构的出料端直通道连接。
全文摘要
一种材料加工领域的折线式挤压成型方法，步骤为(1)进料的加工将待加工材料置于进料机构，待加工材料在进料机构的驱动下，进入细化机构的进料端直通道；(2)折线式细化晶粒加工细化机构中设有折线式通道，材料在进料力的连续作用下经过折线式通道，材料在折线式通道中受到若干次强烈的剪切应力，产生很大的应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；(3)直接成型加工经细化机构细化后且均匀分布的材料，由细化机构细出料端直通道进入成型机构直接成型。本发明具有显著的晶粒细化效果，结构简单，加工容易，实用面广，实现连续生产，易于工业应用。
文档编号B21C23/00GK1709601SQ20051002680
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月16日 优先权日2005年6月16日
发明者陈勇军, 王渠东 申请人:上海交通大学