本發(fā)明涉及一種連續(xù)大塑性變形的方法及所用設(shè)備其應(yīng)用，屬于塑性加工成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

研究表明：大塑性變形工藝方法可以使金屬及其合金獲得亞微米晶，甚至納米晶，從而大幅度改善金屬材料的綜合性能。近年來提出和開發(fā)了許多新奇的大塑性變形方法，近幾十年來，備受關(guān)注的大塑性變形(Severe plastic deformation,SPD)因?yàn)榭梢允菇饘倩蚝辖皤@得極細(xì)甚至納米晶組織，從而大幅度提高金屬材料的力學(xué)性能得以快速發(fā)展。常用的大塑性變形技術(shù)有等徑角擠壓(ECAP)、反復(fù)疊軋(ARB)、高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)、多向壓縮(MAC)。隨著大塑性變形的快速發(fā)展，更多組合的和連續(xù)的大塑性變形方法被相繼提出，如重復(fù)擠壓-鐓粗(REU)、往復(fù)擠壓-壓縮(CEC)、反復(fù)折皺-壓直(RCS)、連續(xù)剪切(Conshearing)、等徑角擠-連續(xù)擠壓(ECAP-Conform)、重復(fù)連續(xù)擠壓(R-Conform)等。盡管采用大塑性變形制備的超細(xì)晶可使材料的強(qiáng)度得到大幅度提高，但是通常情況下，會(huì)犧牲材料的部分塑性，甚至?xí)共牧系乃苄源蠓冉档?。因此，如何在提高?qiáng)度的同時(shí)保證大變形細(xì)晶材料的塑韌性依舊是個(gè)待解決的問題。目前，通過低溫大變形后退火獲得的材料不僅呈現(xiàn)出較高的塑性，也保留了一定的強(qiáng)度。

目前，大塑性變形方法大都處在實(shí)驗(yàn)階段，即使有些大塑性變形手段已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，但是規(guī)模有限。因此，人們?nèi)匀辉谠噲D將大塑性變形方法由實(shí)驗(yàn)室研究階段逐漸向商業(yè)化應(yīng)用推進(jìn)，表明這一領(lǐng)域迫切需要不斷研究開發(fā)商業(yè)化應(yīng)用的大塑性變形工藝方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有大塑性變形方法存在的不足之處，提供一種連續(xù)大塑性變形的方法。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的方法，其實(shí)施方案為：

將當(dāng)量直徑為d1的待加工材料通過連續(xù)擠壓成當(dāng)量直徑為D1的擠壓制品；對(duì)當(dāng)量直徑為D1的擠壓制品進(jìn)行拉伸，得到當(dāng)量直徑為d2的待加工材料；然后對(duì)當(dāng)量直徑為d2的待加工材料進(jìn)行連續(xù)擠壓，得到當(dāng)量直徑為D2的擠壓制品；對(duì)當(dāng)量直徑為D2的擠壓制品進(jìn)行拉伸，得到當(dāng)量直徑為d3的待加工材料；對(duì)當(dāng)量直徑為di的待加工材料進(jìn)行連續(xù)擠壓，得到當(dāng)量直徑為Di的擠壓制品，對(duì)當(dāng)量直徑為Di的擠壓制品進(jìn)行拉伸，得到當(dāng)量直徑為d(i+1)的待加工材料，所述i為正整數(shù)且大于等于2；重復(fù)連續(xù)擠壓-拉伸直至得到成品；

所述D1大于d1，所述D1大于d2；所述D2大于d2，所述D2大于d3；所述Di大于di，所述Di大于d(i+1)。

作為優(yōu)選方案，所述D1＝D2＝Di。

作為優(yōu)選方案，所述d1＝d2＝di＝d(i+1)。

當(dāng)D1＝D2＝Di，d1＝d2＝di＝d(i+1)時(shí)，定義一個(gè)循環(huán)；所述一個(gè)循環(huán)為：連續(xù)擠壓以及對(duì)該次連續(xù)擠壓所得制品進(jìn)行拉伸；經(jīng)n個(gè)循環(huán)后，名義累積應(yīng)變量為：

式1中，n為循環(huán)次數(shù)，D＝D1＝D2＝Di，d＝d1＝d2＝di＝d(i+1)。

作為優(yōu)選方案，所述i選自2-10中任意一個(gè)整數(shù)。進(jìn)一步優(yōu)選為3-5中任意一個(gè)整數(shù)、更進(jìn)一步優(yōu)選為3或4。

在本發(fā)明中，對(duì)當(dāng)量直徑為d1的待加工材料通過連續(xù)擠壓成當(dāng)量直徑為D1的擠壓制品；對(duì)當(dāng)量直徑為D1的擠壓制品進(jìn)行拉伸，得到當(dāng)量直徑為d2的待加工材料；此時(shí)n計(jì)為1。

本發(fā)明提出了一種循環(huán)連續(xù)擠壓－拉伸的連續(xù)大塑性變形方法，包括將直徑為d的桿料利用擴(kuò)展模技術(shù)連續(xù)擠壓成直徑為D的擠壓制品(即D大于d)，然后又將其拉伸成直徑為d的線材，接著又將直徑為d的線材，擴(kuò)展連續(xù)擠壓為直徑為D的產(chǎn)品，如此地循環(huán)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)大塑性變形。

在本發(fā)明中，對(duì)當(dāng)量直徑為Di的擠壓制品進(jìn)行拉伸，得到當(dāng)量直徑為d(i+1)的待加工材料時(shí)，可直接一次性拉伸至d(i+1)，也可經(jīng)多道次拉伸至d(i+1)。

作為優(yōu)選方案，Di/di＝1.5-1.8，進(jìn)一步優(yōu)選為1.55-1.6。

作為優(yōu)選方案，所述連續(xù)擠壓和拉伸的環(huán)境溫度為室溫。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述設(shè)備包括連續(xù)擠壓裝置和拉伸裝置，所述連續(xù)擠壓裝置包括加料部件、擠壓部件、堵頭、擠壓模；所送入的料經(jīng)連續(xù)擠壓裝置擠壓后，得到設(shè)定當(dāng)量直徑的擠壓制品；所述拉伸裝置包括拉伸模；物料經(jīng)拉伸裝置處理后，得到設(shè)定當(dāng)量直徑的拉伸制品。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述加料部件為加料輪，所述擠壓部件為擠壓輪。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述連續(xù)擠壓裝置還包括封槽塊和靴體座。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述擠壓輪與封槽塊之間的間隙為d。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，待擠壓物料經(jīng)加料輪送入擠壓輪與封槽塊之間的間隙，經(jīng)擠壓輪送入擠壓模內(nèi)進(jìn)行擠壓，所述堵頭阻止待擠壓物料被擠壓輪帶出。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的方法的應(yīng)用，包括將所述方法用于純鋁、鋁合金、鎂合金、銅合金中的至少一種。優(yōu)選為純鋁或鋁合金。

本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的方法的應(yīng)用，作為優(yōu)選方案，所述鋁合金選自1XXX、3XXX和5XXX鋁合金中的至少一種。

為了方便工業(yè)上的應(yīng)用，本發(fā)明中D＝D1＝D2＝Di，d＝d1＝d2＝di＝d(i+1)。

原理和優(yōu)勢(shì)

Conform連續(xù)擠壓有著特殊的變形熱力學(xué)條件，其變形溫度隨著金屬不斷進(jìn)入變形區(qū)會(huì)因塑性變形熱和摩擦熱的共同作用逐漸升高，且變形區(qū)內(nèi)存在一劇烈剪切帶(Intense Internal Shear Band,IISB)，IISB不僅能改善變形的均勻性而且可以提高金屬的塑性加工性能。同時(shí)，連續(xù)擠壓過程中合金發(fā)生了強(qiáng)烈的剪切變形，產(chǎn)生大量的位錯(cuò)和位錯(cuò)纏結(jié)，形成取向差較小的亞晶結(jié)構(gòu)；隨著變形程度的加劇，合金的溫度升高，促進(jìn)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，小角度晶界通過吸收位錯(cuò)等方式長大成大角度晶界，使亞晶逐漸轉(zhuǎn)變成細(xì)小均勻的等軸晶，有效地提高了材料的綜合性能。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)通過對(duì)連續(xù)擠壓成形過程的溫度場(chǎng)研究，表明變形體在塑性變形的同時(shí)由于摩擦熱和變形熱作用變形體和模具的溫度場(chǎng)不斷發(fā)生變化。坯料的溫度從入口處的20℃上升到出口處的400～500℃，擠壓銅合金時(shí)溫度達(dá)到更高，且變形體溫度隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加有所提高。

拉拔可以實(shí)現(xiàn)一定變形量的冷變形，在這個(gè)過程中合金產(chǎn)生加工硬化，強(qiáng)度提高而塑性降低，通常要通過中間退火工藝來實(shí)現(xiàn)大的塑變形。

大塑性變形組織細(xì)化機(jī)理是隨著變形的增加產(chǎn)生大量位錯(cuò)，位錯(cuò)相互作用形成高角度晶界，從而應(yīng)變誘發(fā)連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，細(xì)化晶粒。因此，大塑性變形通常在室溫下進(jìn)行。但室溫下材料塑性較差，常常容易產(chǎn)生大的加工硬化或斷裂，且變形后組織極不穩(wěn)定，因此，本發(fā)明巧妙的將大塑性變形與熱處理結(jié)合進(jìn)行，以提高材料性能。本發(fā)明通過合適的工裝和模具設(shè)計(jì)，使得材料在連續(xù)擠壓后橫截面尺寸可增大，而在隨后的拉伸變形又可以變形到原始尺寸，這樣可以不斷循環(huán)實(shí)現(xiàn)大塑性變形，改善了材料性能。

本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)

(1)是一種簡單可行的連續(xù)大塑性變形方法，可廣泛應(yīng)用于大長度的中小規(guī)格管、棒、型、線材生產(chǎn)；

(2)產(chǎn)品組織性能均勻；

(3)冷、熱變形交替進(jìn)行，可以利用連續(xù)擠壓對(duì)拉拔冷變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)退火或時(shí)效處理；

(4)可以分別得到經(jīng)不同道次循環(huán)后的擠壓或者拉拔制品。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明所設(shè)計(jì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及工藝原理示意圖。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1

首先，將直徑為d＝9.5mm的連鑄連軋1050鋁合金盤圓桿料利用擴(kuò)展模技術(shù)連續(xù)擠壓成直徑為D＝15mm的擠壓制品，擠壓輪速度為22rpm，擠壓出口溫度為460℃，出?？?500mm進(jìn)入水槽成冷卻、吹干、收卷；然后，將直徑為D＝15mm的擠壓制品經(jīng)過8道次后拉拔成直徑為d＝9.5mm的線桿；將直徑為d＝9.5mm的拉制線桿表面清洗、漂洗、吹干后再次利用擴(kuò)展模技術(shù)，在相同條件下連續(xù)擠壓成直徑為D＝15mm的擠壓制品。如此循環(huán)4次，分別測(cè)量各道次連續(xù)擠壓和拉拔后的1050鋁合金拉伸力學(xué)性能，結(jié)果如表1,可見其力學(xué)性能均得到明顯提高。

表1 1050鋁合金n次循環(huán)連續(xù)擠壓和拉拔后的拉伸力學(xué)性能