CN101147927A - 一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具，包括压杆、上模、紧固套筒、下模和底座，在上、下模内开设有两个相交的等径通道，在上模内开设的进口通道与在下模上开设的出口通道构成可以在90～180°范围内设计的模具内角φ；下模上的锥面与凸台形成一个弧度转角，构成可以在0～90°范围内设计的模具外角ψ；上模、下模与紧固套筒之间为锥度配合，配合角度2～10°，紧固套筒和底座之间为螺栓连接，本发明对于一个设定的模具内角φ，可以选配多个具有不同模具外角ψ的下模，实现一模多用；紧固套筒提高了模具的承载能力，可拆卸式连接方便了模具的拆装。

Description

一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具

技术领域

本发明涉及一种金属塑性加工模具，特别是一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具。

背景技术

0.1～1μm的块体超细晶金属由于晶粒细小和独特的大角度晶界等缺陷结构，因此具有一系列优异的物理、力学性能。强烈塑性变形制备块体超细晶材料已引起人们的极大关注。传统的压力加工技术如轧制，挤压，拉拔等可以细化晶粒，但工件加工后的形状、尺寸往往限制了其应用；晶粒细化到超细晶通常要求真应变大于4，因此传统的塑性加工技术很难达到这些要求。二十多年前，前苏联学者Segal在研究钢的变形织构时，为获得纯剪切变形提出等通道变形方法，后来俄罗斯的Valiev教授利用该方法使材料获得大应变从而将粗晶金属或合金细化成具有纳米结构的材料。等通道变形利用由两个相交的、等径通道组成的模具来使金属获得大的塑性剪切变形，试样变形前后的形状和尺寸不发生改变，因而可以进行多次挤压变形，获得大的累积变形量，其原理如图1所示。目前，采用等通道变形已经成功地制备了Al，Mg，Cu，Ti及其合金以及部分钢铁材料。

等通道变形的等效应变量由模具的内角和外角决定(Iwahashi Y et al.Scripta Mater.1996，35(2)：143～146)，其公式是：

${\mathrm{\ϵ}}_N=\frac{N}{\sqrt{3}}(2\cot (\frac{\mathrm{\φ}}{2}+\frac{\mathrm{\ψ}}{2})+\mathrm{\ψ}\cos \mathrm{ec}(\frac{\mathrm{\φ}}{2}+\frac{\mathrm{\ψ}}{2}))$

式中φ为模具内角，ψ为模具外角，N为变形道次。

事实上，模具角度不仅决定了变形量的大小，而且对变形力也有重要影响。

通过对文献检索发现，无论是整体式，还是分离式等通道变形模具，基本是“一模一角”，即一旦模具角度确定后就很难改变，尤其是模具内角确定后，如果想要改变模具外角的大小就要重新加工模具，无疑会增加模具的制造成本。即便是不变更模具外角的大小，由于试样变形过程中模具外角处的摩擦磨损也很严重，也给模具修复带来了困难。

发明内容

本发明目的在于克服现有块体超细晶金属等通道变形模具中一模一角的缺陷，提供一种模具内角可以配备多个模具外角的“一模多角”的等通道变形模具，且晶粒细化能力强、结构简单，具有“一模多用”的显著优点。

本发明采用的技术方案是：包括压杆、上模、下模、在上下模内开有两个相交的等径通道，在上模内开设的变形通道与在下模上开设的出口通道构成的内角φ为90～180°；上模和下模的接触面构成一个倒锥台，为锥度配合，配合角度是2～10°。

下模上的接触锥面与凸台形成一个弧度转角，构成0～90°范围内的模具外角ψ。

在90～180°范围内选择一个模具内角的情况下，可以在0～90°范围内设计任一模具外角ψ，选配多个下模。

在上下模外圈套有紧固套筒，在下模底部安装底座，紧固套筒和底座之间为可拆卸方式连接。

本发明的显著优点是：

(1)变形通道7开设在上模3上，因此变形力主要由上模3和紧固套筒4承受，这种结构可提高上模3的载荷承受能力，从而提高模具的安全性。

(2)下模5上开设有凸台9，可以在0～90°范围内设计模具外角ψ，从而在一个设定的模具内角φ情况下，可以选配多个不同模具外角ψ的下模5，实现一模多用。

(3)下模5上的凸台9、锥面起到承受剪切力和保证坯料出口尺寸的作用，从而可以顺利实现坯料的下一道次变形。

(4)紧固套筒4和底座6之间为可拆卸方式连接，下模5可以方便取出，因此不需要开设专门的脱模杆或脱模孔，方便拆装。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有技术中等通道变形模具的原理图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是图2中的下模5的放大结构剖视图；

图4是利用本发明制备块体超细晶铝的透射电镜照片；

图5是利用本发明制备块体超细晶铜的透射电镜照片。

具体实施方式

如图2所示，首先按顺序将上模3和紧固套筒4冷压配合，下模5装配到紧固套筒4中，然后与底座6通过可拆卸方式加固连接，本发明采用适用面广的螺栓连接，再将坯料填入上模3内的通道7中，放入挤压垫2和挤压杆1。坯料在压力作用下，经过模具相交处的转角，再进入下模5上开设的出口通道8中。通道7和通道8之间的夹角称为模具内角φ，其值为90～180°。

上模3和下模5的接触面构成一个倒锥台，上下模为锥度配合，配合角度在2～10°之间。如图3所示，在下模5的接触锥面上有一凸台9。具有与内角φ相同的顶点，下模5的锥面和凸台9方向形成的弧度转角称为模具外角ψ，模具外角ψ的数值在0～90°范围内。

本发明在设定的一个模具内角φ情况下，可以选配多个不同模具外角ψ的下模5，实现一模多用。

实施例1；变形材料为99.999％高纯铝，12mm×12mm×80mm的方料，在真空炉中400℃退火，保温2小时，模具内角110°，模具外角0°。室温下变形，压下速度约0.15mm/s，图4为12道次变形后的透射电镜照片。

实施例2：变形材料为无氧铜(99.98％)，12mm×12mm×80mm的方料，在真空炉中600℃退火，保温1小时，模具内角90°，模具外角22°。室温温下变形，压下速度约1.0mm/s。图5为12道次变形后的透射电镜照片。

Claims (4)

1.一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具，包括压杆(1)、上模(3)、下模(5)、在上下模内开有两个相交的等径通道(7、8)，其特征是：在上模(3)内开设的变形通道(7)与在下模(5)上开设的出口通道(8)构成的内角φ为90～180°；上模(3)和下模(5)的接触面构成一个倒锥台，为锥度配合，配合角度是2～10°。

2.根据权利要求1所述的一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具，其特征是：在下模(5)上的接触锥面与凸台(9)形成一个弧度转角，构成0～90°范围内的模具外角ψ。

3.根据权利要求1或2所述的一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具，其特征是：在90～180°范围内选择一个模具内角φ的情况下，在0～90°范围内设计任一模具外角ψ，选配多个下模(5)。

4.根据权利要求1所述的一种制备块体超细晶金属的等通道变形模具，其特征是：在上下模(3、5)外圈套有紧固套筒(4)，在下模(5)底部安装底座(6)，紧固套筒(4)和底座(6)之间为可拆卸方式连接。

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