專利名稱：一種用于制備組織和性能均勻合金的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備組織和性能均勻合金的裝置。
背景技術(shù)：
材料組織結(jié)構(gòu)決定其性能，金屬材料獲得細晶組織后力學性能往往得到顯著提高，晶粒細化至亞微米級或納米級別時，材料表現(xiàn)出一些不同于傳統(tǒng)材料的物理性能、高強韌的力學性能以及低溫和高應(yīng)變速率超塑性。因此，以細化晶粒為出發(fā)點，對于傳統(tǒng)材料改造工藝的研發(fā)已日益重要。目前，細化金屬材料組織的主要途徑有快速凝固和塑性加工。通過快速凝固細化合金組織獲得的效果有限、成本相對較高、而且獲得的材料為粉體和薄帶，并不能直接進行工程應(yīng)用。塑性加工工藝可分為傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)和大塑性變形技術(shù)。傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)包括擠壓和軋制，對棒材而言，擠壓是最常用的工藝。然而，通過熱擠壓制備的材料由于中心區(qū)域變形程度小于邊緣區(qū)域，所以組織分布不均勻，中心區(qū)域通常存在未再結(jié)晶區(qū)域。雖然熱擠壓后材料可以獲得細晶組織，但組織細化程度受到一定的限制，如果通過增加擠壓道次來多次細化材料組織，則材料的徑向尺寸越來越小，變形程度也會因此受限。所以傳統(tǒng)擠壓局限性較大。大塑性變形可以在塑性變形過程中引入大的應(yīng)變量，從而可以有效細化組織。典型的大塑性變形技術(shù)有:大擠壓比擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)、等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復擠壓。采用這些方法可以生產(chǎn)出具有亞微米或納米晶組織的型材。以上工藝各具特點，大擠壓比擠壓比傳統(tǒng)的擠壓具有更大的擠壓比，擠壓型材組織更細小、均勻；與傳統(tǒng)的擠壓相似，大擠壓比擠壓型材中同樣在中心和邊緣區(qū)域存在組織不均勻性；由于擠壓比大，擠壓成品截面面積小，產(chǎn)品使用范圍較窄。高壓扭轉(zhuǎn)可使材料獲得大的變形量，但產(chǎn)品為薄片狀試樣，尺寸小，而且組織不均勻，使其應(yīng)用范圍受到限制。等通道轉(zhuǎn)角擠壓是一種實用有效的晶粒細化技術(shù)，加工過程中試樣截面尺寸保持不變，可以反復變形產(chǎn)生大的應(yīng)變，獲得均勻致密的組織。往復擠壓是集擠壓和墩粗為一體的大塑性變形工藝，擠壓后材料恢復到原始尺寸，因此經(jīng)過多道次擠壓后可以獲得均勻的細晶組織。雖然等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復擠壓都可以制備大塊的均勻細晶材料，但是等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復擠壓每到次的變形量相對較小，需要多道次的擠壓才能獲得均勻的細晶組織，無法實現(xiàn)材料的連續(xù)制備。由上述可知，目前急需一種在不大幅度損失擠壓比(即:坯料截面面積/擠出材料截面面積比率)的條件下，既能使材料獲得均勻細晶組織，又能實現(xiàn)連續(xù)制備的技術(shù)。本發(fā)明:(I)坯料直徑/擠出材料直徑比率小，最終擠出材料的截面面積較大，因此可以實現(xiàn)大塊均勻細晶材料的制備；(2)無需進行多道次擠壓，材料晶粒度能達到大擠壓比擠壓、多道次的等通道轉(zhuǎn)角擠壓和往復擠壓獲得材料的晶粒度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種用于制備組織和性能均勻合金的裝置。本發(fā)明的裝置通過多通道分流擠墩，在坯料直徑/擠出材料直徑比率較小的條件下，通過一次擠壓使材料獲得大的變形量，最終得到由等軸晶組成、組織均勻的型材，從而實現(xiàn)連續(xù)制備組織和性能均勻的細晶材料。本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實現(xiàn):
本發(fā)明的用于制備組織和性能均勻合金的裝置包括由上壓板、下壓板、連接導向螺栓組成的機架體，由上至下依次設(shè)置在上、下壓板之間的擠壓桶、多通道擠壓凹模、單次擠壓凹模、以及放置在擠壓桶中的擠壓桿；所述的擠壓桶與單次擠壓凹模采用同軸線、相互扣合的方式裝配在一起，多通道擠壓凹?？垩b在擠壓桶和單次擠壓凹模相互扣合端內(nèi)壁上加出的擠壓凹模安裝腔內(nèi)；在所述擠壓桶和單次擠壓凹模的外環(huán)面上均設(shè)置有加熱體，擠壓桶和多通道擠壓凹模上均設(shè)置有控溫熱電偶，其工作溫度范圍為室溫至900°C ;在所述多通道擠壓凹模上設(shè)置有至少兩個擠壓通道。本發(fā)明所述多通道擠壓凹模中各通道內(nèi)徑尺寸可根據(jù)需要設(shè)計成相同的內(nèi)徑尺寸或設(shè)計成尺寸不同的內(nèi)徑尺寸。本發(fā)明所述的單次擠壓凹模的出料口呈漏斗形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用導向螺栓連接上、下壓板，并使其牢牢固定擠壓桶和擠壓凹模，避免在擠壓過程中模具相互錯動。擠壓時，合金在多通道擠壓凹模處分流，在單次擠壓凹模入口處匯合并焊合，最終通過單次擠壓凹模出口擠出組織均勻的細晶材料。本發(fā)明工作原理及操作步驟如下:
(1)將擠壓桶、單次擠壓凹模、多通道擠壓凹模、上、下壓板、連接導向螺栓組裝成一
體；
(2)將與被制備的合金加工成與擠壓桶內(nèi)徑相同的尺寸，然后裝入上擠壓桶中；
(3)將擠壓桿放入上擠壓桶中；
(4)根據(jù)材料不同，將擠壓桶及擠壓桶內(nèi)的材料升溫到預定溫度，溫度范圍為室溫至900 0C ；
(5)將模具放在立式或臥式擠壓機上，在擠壓桿上施加壓力進行擠壓，制備細晶材料。本發(fā)明的有益效果如下:
(1)應(yīng)用范圍廣，可應(yīng)用于鋁合金、鎂合金、鈦合金和銅合金等；
(2)不進行多道次擠壓即可獲得組織均勻的細晶材料，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，生產(chǎn)成本低；
(3)更換不同的多通道擠壓凹模(通道數(shù)量或/和通道直徑不同)，就可以方便地調(diào)整擠壓的變形量，從而實現(xiàn)不同變形量的擠壓；
(4)更換不同尺寸的單次擠壓凹模，就可以方便地調(diào)整最后正擠壓凹模入口直徑和擠壓出口直徑，實現(xiàn)不同尺寸棒材的制備；
(5)本裝置自帶電阻加熱體，同時在擠壓桶壁和多通道擠壓凹模中心區(qū)設(shè)計有測溫熱電偶孔，熱擠壓的溫度可以在室溫至900 1:范圍內(nèi)精確控制，可以滿足不同材料對擠壓溫度的要求，同時可以監(jiān)測擠壓過程中大變形區(qū)域的溫度變化。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中序號:1上壓板、2下壓板、3連接導向螺栓、4擠壓桶、5多通道擠壓凹模、6單次擠壓凹模、7擠壓桿、8擠壓桶的加熱體、9單次擠壓凹模所帶的加熱體、10擠壓桶所帶的控溫熱電偶、11多通道擠壓凹模所帶的控溫熱電偶。圖2為采用三通道擠壓凹模分流擠墩AZ31鎂合金的金相照片。
具體實施例方式本發(fā)明將結(jié)合實施例(附圖)作進一步描述:
如圖1所示，本發(fā)明利用多通道分流擠墩技術(shù)制備均勻細晶材料的裝置包括由上壓板(I)、下壓板(2)、連接導向螺栓(3)組成的機架體，設(shè)置在上、下壓板之間的擠壓桶(4)、多通道擠壓凹模(5)、單次擠壓凹模(6)、以及放在擠壓桶中的擠壓桿(7);所述的擠壓桶(4)與單次擠壓凹模(6)采用同軸線、相互扣合的方式裝配在一起，多通道擠壓凹模(5)扣裝在擠壓桶(4)和單次擠壓凹模(6)相互扣合端內(nèi)壁上加出的擠壓凹模安裝腔內(nèi)；所述擠壓桶(4)和單次擠壓凹模(6)的外環(huán)面上均設(shè)置有加熱體(8、9);擠壓桶(4)和多通道擠壓凹模(5 )上均設(shè)置有控溫熱電偶(10、11)(控溫熱電偶用于監(jiān)測模具加熱過程中的溫度變化，控溫熱電偶(10)用于監(jiān)測擠壓坯料溫度，控溫熱電偶(11)用于監(jiān)測擠壓過程中材料溫度變化)。所述多通道擠壓凹模(5)可以根據(jù)擠壓材料進行更換，增加擠壓通道可以使制備的材料組織更均勻，減小擠壓通道直徑可以增加變形量，提高組織細化程度。所述單次擠壓凹模
(6)可以根據(jù)材料調(diào)整入口直徑尺寸和擠出材料直徑尺寸，以改變擠壓比，實現(xiàn)不同截面直徑材料的生產(chǎn)。本發(fā)明所述的利用多通道分流擠墩技術(shù)制備組織和性能均勻細晶材料的方法步驟如下:
(1)將擠壓桶(4)、單次擠壓凹模(6)、多通道擠壓凹模(5)、上、下壓板(1、2)、連接導向螺栓(3)組裝成一體；
(2)將被制備的合金加工成與擠壓桶(4)內(nèi)徑相同的尺寸，然后裝入上擠壓桶(4)中；
(3)將擠壓桿(7)放入上擠壓桶中；
(4)根據(jù)材料不同，將擠壓桶及擠壓桶內(nèi)的材料升溫到預定溫度，溫度范圍為室溫至900 0C ；
(5)將模具放在立式或臥式擠壓機上，在擠壓桿上施加壓力進行擠壓，制備細晶材料。采用本發(fā)明的裝置(采用三通道擠壓凹模)分流擠墩AZ31鎂合金的實施例如下: 實施例中，擠壓桶直徑為30 mm，多通道凹模通道數(shù)量為3個，每個通道直徑為10 mm,
單次擠壓凹模入口直徑為30 mm，擠出直徑為10 mm。將AZ31鎂合金鑄錠機加工成直徑為30 mm (擠壓桶直徑)X 70 mm的坯料；將坯料放入擠壓桶擠壓。擠壓溫度設(shè)定為350 °C。按照上面論述的工藝，制備了晶粒尺寸為5.2 ym的均勻細晶棒材，如圖2所示。從圖2中可以看出，材料經(jīng)過3通道擠壓凹模分流成3股(圖2中標記為1、2、3)，通過單次擠壓凹模時3股材料焊合在一起，形成均勻的等軸晶組織。其晶粒度遠小于350 °C正擠壓制備AZ31合金晶粒尺寸，接近經(jīng)過4次等通道擠壓和經(jīng)4道次往復擠壓制備合金晶粒尺寸。雖然在本說明書和附圖中示出并闡述了實施方式，但是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不改變這些描述和/或闡述的實施方式的原則和精神下作出一些改變或組合。
權(quán)利要求
1.一種用于制備組織和性能均勻合金的裝置，其特征在于:該裝置包括由上壓板(I)、下壓板(2)、連接導向螺栓(3)組成的機架體，由上至下依次設(shè)置在上、下壓板之間的擠壓桶(4)、多通道擠壓凹模(5)、單次擠壓凹模(6)、以及放置在擠壓桶中的擠壓桿(7);所述的擠壓桶(4)與單次擠壓凹模(6)采用同軸線、相互扣合的方式裝配在一起，多通道擠壓凹模(5)扣裝在擠壓桶(4)和單次擠壓凹模(6)相互扣合端內(nèi)壁上加出的擠壓凹模安裝腔內(nèi)；在所述擠壓桶(4)和單次擠壓凹模(6)的外環(huán)面上均設(shè)置有加熱體(8、9)，擠壓桶(4)和多通道擠壓凹模(5)上均設(shè)置有控溫熱電偶(10、11);在所述多通道擠壓凹模(5)上設(shè)置有至少兩個擠壓通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述多通道擠壓凹模(5)中各通道內(nèi)徑尺寸相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述多通道擠壓凹模(5)中各通道內(nèi)徑尺寸不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述單次擠壓凹模(6)的出料口呈漏斗形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于制備組織和性能均勻合金的裝置，其特征在于該裝置包括由上壓板(1)、下壓板(2)、連接導向螺栓(3)組成的機架體，由上至下依次設(shè)置在上、下壓板之間的擠壓桶(4)、多通道擠壓凹模(5)、單次擠壓凹模(6)、以及放置在擠壓桶中的擠壓桿(7)；所述的擠壓桶(4)與單次擠壓凹模(6)采用同軸線、相互扣合的方式裝配在一起，多通道擠壓凹模(5)扣裝在擠壓桶(4)和單次擠壓凹模(6)相互扣合端內(nèi)壁上加出的擠壓凹模安裝腔內(nèi)；在所述擠壓桶(4)和單次擠壓凹模(6)的外環(huán)面上均設(shè)置有加熱體(8、9)，擠壓桶(4)和多通道擠壓凹模(5)上均設(shè)置有控溫熱電偶(10、11)；在所述多通道擠壓凹模(5)上設(shè)置有至少兩個擠壓通道。
文檔編號B21C23/21GK103143584SQ20131012090
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者楊文朋, 郭學鋒, 崔紅保 申請人:河南理工大學