专利名称：一种晶粒细化方法及其细化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超细晶或纳米晶材料的制备，具体的指一种利用等径角挤压方式的晶 粒细化方法及其细化装置。
背景技术：
由于超细晶金属材料具有高强度和高韧性等优越的机械力学性能，近几十年来， 采用剧烈塑性变形方法获得超细晶金属材料的研究引起了国内外学者的广泛兴趣。在多种 剧烈塑性变形方法中，等径角挤压(ECAP)是一种细化晶粒的先进工艺。等径角挤压是材料在压力作用下，通过两通道的交叉处时，发生剧烈的剪切变形， 实现多晶材料的细化的方法。与其他工艺相比，等径角挤压加工具有以下优点(1)适应大 块坯料，具备广泛的实际生产应用能力；(2)该方法中使用的模具易于加工且易于对不同 合金操作；(3)适用于不同的晶体结构材料，例如固溶合金、金属化合物和金属基复合材料 的不同晶体结构；(4)坯料挤压后经过了足够大的应变，其结构性能均一；(5)试样变形前 后的形状和尺寸不发生改变，可以多次挤压变形，实现大塑性变形。在现有等径角挤压加工过程中，坯料的径向尺寸一般为8 15mm，由于材料尺寸 较小，其工业应用受到了很大的限制。为了提高其应用价值，对大径向尺寸的坯料(D> 20mm)进行等径角挤压以获得超细晶材料非常必要。但是现有研究结果表明，随着坯料尺寸 的增大，等径角挤压晶粒细化的效果会急剧下降。
发明内容
本发明的目的就是提供一种晶粒细化方法及其细化装置，能够适合大径向尺寸坯 料的细化。为实现上述目的，本发明提供的一种晶粒细化方法，其特别之处在于将坯料进行 等径角挤压，同时用超声波作用在坯料上，得到超细晶材料。本发明提供的一种晶粒细化装置，包括等径角挤压模具。其特别之处在于它还包 括超声波系统，所述超声波系统的输出端与等径角挤压模具的出口距离为0 500mm、并位 于同一水平面。所述等径角挤压模具的内径Φ满足Φ > 20mm。所述超声波系统包括依次连接的超声波发生器、超声波换能器和振幅放大器。所述超声波发生器最好还包括一个频率自动跟踪器。所述振幅放大器的输出振幅在100 μ m以上。与现有等径角挤压方式相比，本发明通过采用超声波系统，使材料在通过等径角 挤压模具转角处、发生剧烈剪切变形的同时，在超声波的作用下，引起材料晶界的剧烈振 动，使晶界破碎，从而显著提高了细化晶粒的效果，尤其适用于大径向尺寸纳米晶材料的制备。
图1为本发明的晶粒细化装置一个具体实施方式
的结构示意图；图中1-超声波发生器，2-超声波换能器，3-振幅放大器，4-等径角挤压模具， 5-坯料。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明的一种晶粒细化方法及其细化装置作进一 步的详细描述如图1所示，本发明的晶粒细化装置包括等径角挤压模具5和超声波系统。其中等径角挤压模具5的内径Φ满足Φ > 20mm，且内径Φ与待细化坯料5的直径D 相等。由于一般D满足20mm<D< 100mm，所以Φ也在20mm< Φ < 100mm。这是因为坯 料5的直径D如果过大，将需要非常大的挤压力，对挤压设备和等径角挤压模具5的要求非 常高。该等径角挤压模具5的其它结构参数与常规等径角挤压模具相同。超声波系统包括依次连接的超声波发生器1、超声波换能器2和振幅放大器3。具 体来说，超声波发生器1还包括一个频率自动跟踪器，能确保输出频率在20kHz左右；超声 波换能器2可将超声波发生器输出的高频电能转化为机械振动，其谐振频率为20kHz，允许 士0. 3kHz的误差；振幅放大器3用于将超声波换能器2输出振动的振幅从6 μ m左右放大 至100 μ m以上；振幅放大器3的输出端与等径角挤压模具5的出口距离为0 500mm、并 位于同一水平面，用于最终将振动作用于坯料5。应用上述等径角挤压模具5完成本发明晶粒细化方法的操作为在压力作用下， 大径向尺寸(D>20mm)的坯料6连续的通过等径角挤压模具5的通道，在等径角挤压通道 的转角处，坯料5发生剧烈的剪切变形，同时，超声波系统工作，超声波引起坯料5晶界的共 振，坯料5晶界在振动中破碎，从而实现晶粒的细化。实验证明，本方法能够将大径向尺寸 (D > 20mm)的坯料5的晶粒尺寸从100 200 μ m细化至0. 1 0. 5 μ m ；而在没有加超声 波作用时，几乎不可能将晶粒细化至20μπι以下。
权利要求
一种晶粒细化方法，其特征在于将坯料进行等径角挤压，同时用超声波作用在坯料上，得到超细晶材料。
2.—种晶粒细化装置，包括等径角挤压模具(4)，其特征在于它还包括超声波系统， 所述超声波系统的输出端与等径角挤压模具(5)的出口距离为0 500mm、并位于同一水平
3.根据权利要求2所述的晶粒细化装置，其特征在于所述等径角挤压模具(5)的内 径Φ满足Φ > 20mm。
4.根据权利要求2或3所述的晶粒细化装置，其特征在于所述超声波系统包括依次 连接的超声波发生器(1)、超声波换能器(2)和振幅放大器(3)。
5.根据权利要求4所述的晶粒细化装置，其特征在于所述超声波发生器(1)还包括 一个频率自动跟踪器。
6.根据权利要求4所述的晶粒细化装置，其特征在于所述振幅放大器(3)的输出振 幅在100 μ m以上。
全文摘要
本发明提供的一种晶粒细化方法为将坯料进行等径角挤压，同时用超声波作用在坯料上，得到超细晶材料。提供的一种晶粒细化装置，包括等径角挤压模具。其特别之处在于它还包括超声波系统，所述超声波系统的输出端与等径角挤压模具的出口距离为0～500mm、并位于同一水平面。与现有等径角挤压方式相比，本发明通过采用超声波系统，使材料在通过等径角挤压模具转角处、发生剧烈剪切变形的同时，在超声波的作用下，引起材料晶界的剧烈振动，使晶界破碎，从而显著提高了细化晶粒的效果，尤其适用于大径向尺寸纳米晶材料的制备。
文档编号C21D7/00GK101956051SQ20101026429
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者刘艳雄, 华林, 张小娜, 魏文婷 申请人:武汉理工大学