专利名称：螺旋式挤压成型方法
技术领域：
本发明涉及一种材料加工技术领域的方法，尤其是一种制备超细晶材料同时又可直接成型为产品的螺旋式挤压成型方法。
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。晶粒细化技术一直是制备高性能结构材料的主线和重要研究方向首先是加细化剂、变质剂等铸锭冶金工艺和挤压、轧制、锻造等常规塑性变形工艺的出现，但细化能力有限；然后是快速凝固、机械合金化和粉末冶金制备微晶材料工艺，但存在工序多、污染和氧化严重等缺点。在此基础上，直接制备快速凝固块体超细晶材料工艺如喷射沉积和真空蒸发等的发明，在制备工艺上有了较大进步，但存在残留孔问题。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利01104059.9，专利名称往复式挤压成型方法及其加工装置，该专利采用左挤压筒与右挤压筒构成挤压容器，在左挤压筒与右挤压筒之间设有一双向挤模，该双向挤模具有至少一相对狭小的窄道，将待加工的合金材料加热至软化温度，于加工装置中交互施以不同方向压力，得以搓揉合金材料，使形成微细结构细化且均匀分布的合金。但是，该技术的缺点在于集挤压与镦粗于一体，由于塑性不好的材料在镦粗时容易开裂，所以镦粗量不能大，每道次变形量较小，只适合制备容易变形的金属。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种螺旋式挤压成型方法，使其制备细化晶粒的同时又可以直接成型，实现连续的生产，易于工业应用，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)螺旋式细化晶粒的加工在细化机构中设有螺旋式通道，材料在进料力的连续作用下，经过螺旋式通道，材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切应力，产生大应变，从而使材料的组织超细化且均匀分布；在细化机构中，模芯表面设有螺旋式凹槽，依靠1°～4°的配合锥度装入圆筒式模套构成螺旋式通道。模芯两端中心设有直通道，直通道与螺旋式通道之间分别有一段由中心向表面的过渡通道连接。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。
成型机构可以为轧辊，在轧辊轧制力作用下，待加工材料直接成型。成型机构或者为成型模具，成型型腔设在成型筒中，或者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，形状可以为圆形、矩形或者其他异形形状，通过成型型腔，待加工材料就可以挤出成各种需要的高性能型材，其中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螺旋式通道，使材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切进入成型机构，制备细化晶粒的同时又可以直接成型，且所用的装置结构简单、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)螺旋式细化晶粒的加工在细化机构中，模芯表面设有螺旋式凹槽，依靠1°的配合锥度装入圆筒式模套构成螺旋式通道。模芯两端中心设有直通道，直通道与螺旋式通道之间分别有一段由中心向表面的过渡通道连接。细化机构温度为220℃时，材料在进料力的连续作用下，经过螺旋式通道，材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切应力，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，由细化机构出料端直通道进入成型机构直接成型，成型机构被预热到220℃，成型机构为成型模具，由成型筒和成型型腔构成，成型型腔设在成型筒中，与细化机构的出料端直通道连接，形状为圆形，通过成型型腔，待加工材料就可以挤出成高性能AZ31镁合金棒材；本实施例的AZ31镁合金经过本螺旋式挤压成型方法加工后的棒材，平均晶粒大小为0.4μm，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到315Mpa、225Mpa、22％。
实施例2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，进料机构为导轮，在室温下，待加工材料在导轮的摩擦力驱动下，材料被送入细化晶粒的细化机构的进料端直通道；(2)螺旋式细化晶粒的加工在细化机构中，模芯表面设有螺旋式凹槽，模芯两端中心设有直通道，依靠2°的配合锥度装入圆筒式模套中构成螺旋式通道。直通道与螺旋式通道之间分别有一段由中心向表面的过渡通道连接。材料在进料力的连续作用下，经过螺旋式通道，材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切应力，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经过本螺旋式挤压成型方法加工后的杯形件，平均晶粒大小为350nm，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到1350Mpa、960Mpa、20％。
实施例3制备Mg2Si增强镁基复合板材，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)螺旋式细化晶粒的加工在细化机构中，模芯表面设有螺旋式凹槽，依靠4℃的配合锥度装入圆筒式模套构成螺旋式通道。模芯两端中心设有直通道，直通道与螺旋式通道之间分别有一段由中心向表面的过渡通道连接。细化机构温度为270℃时，材料在进料力的连续作用下，经过螺旋式通道，材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切应力，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，由细化机构细的出料端直通道进入成型机构，成型机构由轧辊构成，成型机构被预热到270℃，在轧辊轧制力作用下，该材料就可以轧制成Mg2Si增强镁基复合板材。
本实施例的AZ91镁合金添加10％的Si材料经过本螺旋式挤压成型方法加工后的Mg2Si增强镁基复合板材，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2μm，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到346Mpa、263Mpa、12％。
权利要求
1.一种螺旋式挤压成型方法，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)螺旋式细化晶粒的加工在细化机构中设有螺旋式通道，材料在进料力的连续作用下，经过螺旋式通道，材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切应力，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所述的螺旋式挤压成型方法，其特征是，所述的步骤(1)，待加工材料容纳于由挤压杆和挤压筒构成的挤压型腔中，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。
3.根据权利要求1所述的螺旋式挤压成型方法，其特征是，所述的步骤(2)，在细化机构中，直通道与螺旋式通道通过1°～4°的配合锥度安装。
4.根据权利要求1所述的螺旋式挤压成型方法，其特征是，所述的步骤(3)中，成型机构为轧辊，在轧辊轧制力作用下，待加工材料直接成型。
5.根据权利要求1或者4所述的螺旋式挤压成型方法，其特征是，所述的成型机构或者为成型模具，成型型腔与细化机构的出料端直通道连接，通过成型型腔，待加工材料就能挤出成各种形状型材。
6.根据权利要求1或者4所述的螺旋式挤压成型方法，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。
全文摘要
一种材料加工领域的螺旋式挤压成型方法，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)螺旋式细化晶粒的加工在细化机构中设有螺旋式通道，材料在进料力的连续作用下，经过螺旋式通道，材料在螺旋式通道中受到周期性渐变的剪切应力，产生大应变，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B21C23/00GK1709602SQ20051002680
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
发明者王渠东, 陈勇军 申请人:上海交通大学