专利名称：一种连续柱状晶或单晶组织金属材料无模拉拔成形工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料热加工技术领域，特别是提供了一种连续柱状晶或单晶组织金属材料无模拉拔成形工艺。
背景技术：
连续柱状晶组织(或连续纤维晶组织)或单晶组织的金属材料由于不存在垂直于长度方向的横向晶界，具有优良的塑性加工性能和物理、化学及力学性能[谢建新，等.材料加工新技术与新工艺[M].北京冶金工业出版社，2004]，在国民经济高技术领域和国防军工领域有着重要用途，是目前国内外正在积极开发和推广应用的一类高性能材料。
为了使连续柱状晶组织或单晶组织的金属材料经过塑性变形后仍然为连续柱状晶组织(或连续纤维晶组织)或单晶组织，保持其优异的性能，传统的方法是对具有连续柱状晶组织或单晶组织的铸态金属坯料采用低温强加工方法进行组织控制，使该类金属的塑性加工与退火处理均在低于再结晶温度以下进行，包括冷加工、温加工、低温退火、回复退火等，防止产生再结晶而成为等轴晶组织[Zhang Hong，Xie Jianxin，Wang Zidong.Fabrication of purecopper rods containing continuous columnar crystals by continuous unidirectional solidificationtechnology[J].Journal of University of Science and Technology Beijing，2004，11(3)240～244]。但是，低温强加工方法存在着工艺流程较长、道次变形量较小、生产效率较低、生产成本较高等问题。
传统的热加工方法容易导致连续柱状晶组织或单晶组织金属材料发生再结晶，不能获得所希望性能的产品。
无模拉拔成形是一种不使用传统拉拔模具，通过冷热源的加热和冷却控制而进行塑性成形的热加工方法，具有快速升温、快速冷却，高温下停留时间短，拉拔过程无摩擦，所需拉拔力小，单一道次变形量大，生产效率高等优于常规拉拔工艺的优点[Furushima T，ManabeK.Experimental study on multi-pass dieless drawing process of superplastic Zn-22％Al alloymicrotubes[J].Journal of Materials Processing Technology，2007，187(12)236～240]，适合于各种难加工材料、变断面材料的加工。但迄今为止，未见有关采用无模拉拔方法加工具有连续柱状晶组织或单晶组织材料的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续柱状晶或单晶组织金属材料无模拉拔成形工艺，解决常规低温强加工成形连续柱状晶或单晶组织金属材料工艺流程较长、道次变形量较小、生产效率较低、生产成本高，而传统热加工成形易导致其组织发生动态再结晶，不能保留连续柱状晶组织(或连续纤维晶组织)或单晶组织所特有的优异性能等问题，利用无模拉拔加热升温速度快、冷却速度快，变形区在高温下停留时间短的特点，开发一种适合于连续柱状晶或单晶组织金属材料的无模拉拔成形工艺，流程短、道次变形量大、加工效率高，且可以保留连续柱状晶组织(或连续纤维晶组织)或单晶组织，获得具有优异性能的产品。
一种连续柱状晶或单晶组织金属材料无模拉拔成形工艺，工艺如下 以具有连续柱状晶组织或单晶组织的铸态金属棒材、线材或管材为坯料。无模拉拔时将坯料加热到其熔点温度Tm(用绝对温度表示，单位K)的0.40～0.90倍之间，采用空冷或水冷方式冷却，水冷时冷热源距离5～50mm、冷却水流量40～90L/h。通过控制拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi之比(其中1＜Vo/Vi＜3)得到断面收缩率最高可达到70％且仍然具有连续柱状晶组织(或连续纤维晶组织)或单晶组织的金属材料产品。
本发明的优点在于 1、成形后的金属材料仍然具有连续柱状晶组织(或连续纤维晶组织)或单晶组织，具有优异的力学性能、物理性能和化学性能。
2、道次变形量大，生产效率高。
3、不需模具，无摩擦、无润滑、无污染，生产成本低。
图1是具有连续柱状晶组织的铸态金属坯料的金相照片图。
图2是具有连续柱状晶组织材料经无模拉拔加工后的金相照片图，仍为连续柱状晶组织。
具体实施例方式 实施例1 以直径6mm、具有连续柱状晶组织的铸态Cu-12wt％Al合金线坯为被加工材料，在加热温度873K(为其熔点温度Tm的0.67倍)、空冷、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝2.4的条件下进行无模拉拔成形，得到直径3.8mm的Cu-12wt％Al合金线材，其组织仍然为连续柱状晶组织。
实施例2 以直径6mm、具有连续柱状晶组织的铸态Cu-12wt％Al合金线坯为被加工材料，在加热温度1073K(为其熔点温度Tm的0.82倍)、水冷、冷热源距离5mm、冷却水流量54L/h、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝2.8的条件下进行无模拉拔成形，得到直径3.5mm的Cu-12wt％Al合金线材，其组织仍然为连续柱状晶组织。
实施例3 以直径6mm、具有连续柱状晶组织的铸态Cu-12wt％Al合金线坯为被加工材料，在加热温度1173K(为其熔点温度Tm的0.90倍)、水冷、冷热源距离5mm、冷却水流量90L/h、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝2的条件下进行无模拉拔成形，得到直径4mm的Cu-12wt％Al合金线材，其组织仍然为连续柱状晶组织。
实施例4 以直径6mm、具有单晶组织的铸态Cu-12wt％Al合金线坯为被加工材料，在加热温度773K(为其熔点温度Tm的0.59倍)、水冷、冷热源距离20mm、冷却水流量40L/h、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝2.4的条件下进行无模拉拔成形，得到椭圆形截面(表现出典型的类单晶室温拉伸变形行为)的Cu-12wt％Al合金线材，其组织仍然为单晶组织。
实施例5 以直径6mm、具有连续柱状晶组织的铸态纯铜线坯为被加工材料，在加热温度973K(为其熔点温度Tm的0.72倍)、空冷、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝2.6的条件下进行无模拉拔成形，得到直径3.7mm的纯铜线材，其组织仍然为连续柱状晶组织。
实施例6 以外径10mm、壁厚2mm、具有连续柱状晶组织的铸态BFe10-1-1合金管坯为被加工材料，在加热温度1123K(为其熔点温度Tm的0.81倍)、水冷、冷热源距离20mm、冷却水流量55L/h、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝1.2的条件下进行无模拉拔成形，得到外径7.82mm、壁厚1.56mm的BFe10-1-1合金管材，其组织仍然为连续柱状晶组织。
实施例7 以外径10mm、壁厚1.8mm、具有连续柱状晶组织的铸态Cu-14.3wt％Al-4wt％Ni合金管坯为被加工材料，在加热温度1123K(为其熔点温度Tm的0.84倍)、水冷、冷热源距离50mm、冷却水流量54L/h、拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi的比值Vo/Vi＝1.4的条件下进行无模拉拔成形，得到外径7.3mm、壁厚1.24mm的Cu-14.3wt％Al-4wt％Ni合金管材，其组织仍然为连续柱状晶组织。
权利要求
1.一种连续柱状晶或单晶组织金属材料无模拉拔成形工艺，其特征是工艺流程如下
以具有连续柱状晶组织或单晶组织的铸态金属棒材、线材或管材为坯料；无模拉拔时将坯料加热到其熔点温度Tm的0.40～0.90倍之间，采用空冷或水冷方式冷却，水冷时冷热源距离5～50mm、冷却水流量40～90L/h，通过控制拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi之比得到断面收缩率最高为70％且仍然具有连续柱状晶组织或连续纤维晶组织或单晶组织的金属材料产品，其中1＜Vo/Vi＜3。
全文摘要
本发明属于金属材料热加工技术领域，特别是提供了一种连续柱状晶或单晶组织金属材料无模拉拔成形工艺。工艺流程如下以具有连续柱状晶组织或单晶组织的铸态金属棒材、线材或管材为坯料；无模拉拔时将坯料加热到其熔点温度Tm的0.40～0.90倍之间，采用空冷或水冷方式冷却，水冷时冷热源距离5～50mm、冷却水流量40～90L/h，通过控制拉拔速度Vo与坯料送进速度Vi之比得到断面收缩率最高为70％且仍然具有连续柱状晶组织或连续纤维晶组织或单晶组织的金属材料产品，其中1＜Vo/Vi＜3。本发明的优点是成形后的金属材料具有优异的力学性能、物理性能和化学性能。道次变形量大，生产效率高。不需模具，无摩擦、无润滑、无污染，生产成本低。
文档编号B21C1/00GK101554636SQ20091008200
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者刘雪峰, 谢建新 申请人:北京科技大学