CN101654726A

CN101654726A - 基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法

Info

Publication number: CN101654726A
Application number: CN200910183585A
Authority: CN
Inventors: 许晓静; 程晓农; 王宏宇; 姜玉杰; 王浩; 张增雷; 崇凯; 刘桂玲
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN101654726B

Abstract

一种基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法，其特征是它包括以下步骤：首先，使坯料经过多对有动力驱动的轧制轮，调整各对轧制轮之间的间隙，使坯料经过多对轧制轮轧制后达到设计的厚度；其次，在最后一对轧制轮的出口处安装等通道转角挤压模具，使经过前述轧制轮轧制后达到设计厚度的坯料在最后一对轧制轮的驱动和所述模具的挤压下发生连续的剪切变形并作与原前进方向45～90度的转弯后从所述模具中挤出。本发明综合了多对轮轧制技术和等通道转角挤压技术两者的优点，能够实现金属材料节能、高效、连续、均匀大应变变形加工，而且特别适合薄板的大应变变形加工。

Description

基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料的冷加工方法，尤其是一种利用冷挤压和强烈变形获得高性能材料的大应变加工方法，具体地说是一种基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法。

背景技术

众所周知，应变量是决定金属材料形变加工后组织与性能的一个重要参数。通过对金属材料采用强烈塑性变形即进行大应变变形加工，已成为改善材料组织提高材料性能及制备高性能新材料的重要手段之一。

目前，实现金属材料大应变变形加工的技术主要包括多对轮轧制技术和等通道转角挤压技术(Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP)。其中，多对轮轧制技术具有能实现连续生产的特征，但存在对材料施加的应变量有限、难以实现横切面等同大应变(其表层的应变量大而心部的应变量小)和对形变材料的织构取向调控能力较低等不足；而对于ECAP技术而言，虽然可以在不改变材料形状的情况下对金属材料实施横切面等同大应变加工以及可以对形变织构的取向进行调控，但是这项技术由于有限的挤压冲头行程，目前仍是一种不连续、低生产效率、高成本的大应变变形加工方法，无法实现工业上的应用。尽管自20世纪90年代中期以来，国内外许多研究机构和学者就连续ECAP技术做了一些有益的探索，但均未从根本上解决连续ECAP变形加工所涉及的关键技术或尚停留在实验室研究阶段难以工业化应用。图1是一种比较典型的ECAP加工原理示意图，它是一种单槽轮连续等通道转角变形加工，该方法的基本原理是将坯料1送入一个挤压轮2的凹槽中，与凹槽三面相接触的坯料被摩擦力驱动，随挤压轮进行旋转运动；当坯料随轮槽转过四分之一圆周后，静止的约束模3阻挡住坯料并迫使其在剪切力作用下转过一定的角度(ECAP中的通道交角)，以此来实现连续等通道转角变形。但是，大量的实践证明单槽轮存在诸多缺点，如坯料打滑现象比较严重、驱动力小，难以实现单次大应变ECAP变形等等。

因此，到目前为止，尚未得到一种可供实际工业化生产的金属材料大应变连续等通道转角挤压变形加工方法，更没有一种能将多对轮轧制技术和等通道转角挤压技术加以结合实现材料改性加工的方法可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对目前多对轮轧制变形量小，难以实现横切面等同大应变和对形变材料的织构取向调控度较小，而等通道转角挤压存在连续生产难度大无法工业化生产的问题，设计一种结合二者特点，首先利用多对轮轧制使坏料变形到设计的厚度，然后利用多对轮良好的动力性能将轧制后的坯料连续送入等通道转角挤压模具中进行大应变加工并连续输出成品金属材料的加工方法，即基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法。

本发明的技术方案是：

一种基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，使坯料经过多对有动力驱动的轧制轮，调整各对轧制轮之间的间隙，使坯料经过多对轧制轮轧制后达到设计的厚度；

其次，在最后一对轧制轮的出口处安装等通道转角挤压模具，使经过前述轧制轮轧制后达到设计厚度的坯料在最后一对轧制轮的驱动和所述模具的挤压下发生连续的剪切变形并作与原前进方向(与切线速度方向一致)45～90度的转弯后从所述模具中挤出。

所述的轧制轮的上下轮同步旋转或异步旋转，且轧制轮对的数量为大于等于2。

本发明的有益效果：

(1)本发明综合了多对轮轧制技术和等通道转角挤压技术两者的优点，大大提高了坯料的变形量以及后续ECAP变形的驱动力，有效避免了单槽轮驱动的ECAP变形加工的变形量小、驱动力不足造成的坯料打滑等现象，有效提高了连续ECAP的应用范围。

(2)能耗(获得单位应变量所消耗的能量)比多对轮轧制技术降低了88.5％，应变效率(获得单位应变量所消耗的时间)比多对轮轧制技术提高了35.0％，横切面上的应变均匀性比多对轮轧制技术提高了198％、比单槽轮ECAP技术提高了84.9％。

(3)可以实现薄材坯料的ECAP加工，有效减少或降低薄材坯料在连续ECAP加工过程中所出现的断裂现象。

(4)ECAP变形加工过程中的变形抗力由多对轮共同承担，每对轧制轮所需承受的载荷大大降低，延长了ECAP设备的使用寿命。

附图说明

图1是现有的单槽轮ECAP加工原理图。

图2是本发明的加工方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图2所示。

一种基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法，它主要由以下步骤组成：首先，将坯料送入由多对(可为二对，三对，四对等，以次类推)带有凹槽的上、下轧制轮组成的多对轮轧制装置中的起始对轮凹槽中；然后，轧制对轮在动力作用下进行旋转运动，实现对坯料的轧制加工，上下轧制轮或可同速反向旋转，也可异速反向旋转实现挤压和输送(依靠摩擦力)，每对轧制轮之间的间隙可调，每对轧制轮对金属材料的变形量(由上下轧制轮的间隙确定)可根据材料的原始厚度及最终成品厚度的差值以及轧制轮对的数量进行平均或不平均分配；同时，与轧制对轮凹槽上、下面相接触的坯料在轧制作用下被驱动送入约束模具，当坯料随最后一对轧制轮的轮槽转过八分之一到四分之一圆周后，静止的约束模阻挡住坯料并迫使其在剪切力作用下急弯转过一定的角度(ECAP中的通道交角，一般为90度)，从而实现坯料的连续等通道转角变形，急弯点的切线速度与急弯后坯料的前进速度之间的夹角就是ECAP中的通道交角，其值一般以90度为最佳。

以下是按照本发明的方法对金属材料进行大应变连续等通道转角挤压变形加工的实例，但不仅仅限于这些实例，对于不同成分的坯料，只要采用本发明所述方法并合理选择工艺参数，均可达到本发明的目的。

实施例1：坯料采用退火态工业纯铝，其中轧制应变量1.75(下压量80％)，ECAP应变量0.8。变形加工后，材料的位错密度为0.13×10¹⁴m^-2，屈服强度提高60％，硬度提高46％。

实施例2：坯料采用退火态5052铝，轧制应变量0.4(下压量50％)，ECAP应变量0.8。变形加工后，材料的位错密度2.636×10¹⁴m^-2，屈服强度提高140％，硬度提高90％。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1、一种基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法，其特征是它包括以下步骤：

其次，在最后一对轧制轮的出口处安装等通道转角挤压模具，使经过前述轧制轮轧制后达到设计厚度的坯料在最后一对轧制轮的驱动和所述模具的挤压下发生连续的剪切变形并作与原前进方向45～90度的转弯后从所述模具中挤出。

2、根据权利要求1所述的加工方法，其特征是所述的轧制轮的上下轮同步旋转或异步旋转，且轧制轮对的数量为大于等于2。