CN101654727B

CN101654727B - 基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法

Info

Publication number: CN101654727B
Application number: CN2009101835869A
Authority: CN
Inventors: 程晓农; 许晓静; 王宏宇; 姜玉杰; 张增雷; 王浩; 崇凯; 刘桂玲; 成城
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN101654727A

Abstract

一种基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法，其特征是它首先将坯料送入由多对带有凹槽的上、下摩擦轮组成的驱动轮对中并使坯料与驱动轮对的上、下摩擦轮的凹槽底面相接触；其次驱动驱动轮对中的下、下摩擦轮转动；最后，在出料口处设置等通道转角挤压模具，并使最后一对驱动轮对送出的坯料在所述模具的上模和最后一对驱动轮对中的下摩擦轮的约束下沿下摩擦轮表面转动1/8～1/4圆周后与所述模具的下模相抵，并在下模的阻挡下发生剪切变形后连续转过设定的夹角后向模具出口方向移动，得到位错密度发生变化的具有高屈服强度的金属材料。本发明不仅能满足大应变连续ECAP变形的要求，而且能大大延长ECAP设备的使用寿命。

Description

基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料的改性加工方法，尤其是一种利用冷挤压大转角改变材料位错密度的加工方法，具体地说是一种能实现快速连续生产的基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法。

背景技术

自20世纪 90年代中期以来，等通道转角挤压(Equal Channel AngularPressing，简称ECAP)技术受到全球材料界的高度重视，现已发展成为制备高性能金属材料的一个重要方法。但是，由于有限的挤压冲头行程，将ECAP技术限定为一种不连续、低生产效率、高成本的制备方法。

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。比如单槽轮连续等通道转角变形方法，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，从而实现高性能金属材料的制备，如图1所示。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、难以实现连续大应变ECAP变形，无法实现工业化应用。

因此，到目前为止，尚未得到一种可供实际工业生产使用的制备高性能金属材料的连续等通道转角挤压制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有的依靠单槽轮驱动坯料进行等通道转角挤压造成的易打滑、不能连续生产的问题，发明一种运行平稳，能连续大批量进行工业化生产的基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法。

本发明的技术方案是：

一种基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将坯料送入由多对带有凹槽的上、下摩擦轮组成的驱动轮对中并使坯料与驱动轮对的上、下摩擦轮的凹槽底面相接触；

其次，驱动驱动轮对中的上、下摩擦轮转动，使坯料与驱动轮对的上、下摩擦轮的凹槽底面之间产生足够的摩擦力驱动坯料向出料口方向移动；

第三，在出料口处设置等通道转角挤压模具，并使最后一对驱动轮对送出的坯料在所述模具的上模和最后一对驱动轮对中的下摩擦轮的约束下沿下摩擦轮表面转动1/8～1/4圆周后与所述模具的下模相抵，并在下模的阻挡下发生剪切变形后连续转过设定的夹角后向模具出口方向移动，得到位错密度发生变化的具有高屈服强度的金属材料。

所述的夹角为等通道转角，其值为45～90度。

所述的驱动轮对的数量不少于二对。

所述的驱动轮对的数量为四对。

所述的各驱动轮对中的上、下摩擦轮同步旋转或异步旋转。

所述的晶格构成位错密度不小于2.1×10¹⁴m^-2。

本发明的有益效果：

(1)由多对摩擦轮组成的驱动装置对坯料进行驱动，大大提高了驱动力，既有效避免了单槽轮驱动由于驱动力不足造成的坯料打滑现象，同时又能满足单次大应变ECAP变形的要求，极大地延拓了连续ECAP的应用范围；

(2)ECAP过程中的变形抗力由多对轮共同承担，因此每对摩擦轮所需承受的载荷大大降低，极大地延长了ECAP设备的使用寿命；同时实现了连续稳定的生产，为工业化应用提供了行之有效的方法，为等通道转角挤压技术的工业化应用提供了保障。

(3)采用本发明方法所制备的金属材料的位错密度可达2.1×10¹⁴m^-2以上，其硬度、屈服强度较坯料所用原材料提高60％以上。

(4)本发明不仅可提高加工效率10倍以上，而且有利于进一步提高处理后材料的性能，在相同条件下，利用本发明的方法处理后的材料的硬度和屈服强度较现有的方法提高50％以上，且一致性好。

附图说明

图1是现有的等通道转角挤压技术的原理示意图。

图2是本发明的多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法的原理图。

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。

一种基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法，它包括以下步骤：

首先，将坯料送入由多对(可为2对、3对、4对、5对等)带有凹槽的上、下摩擦轮组成的驱动轮对中并使坯料与驱动轮对的上、下摩擦轮的凹槽底面相接触；

其次，驱动驱动轮对中的上、下摩擦轮转动(可同步转动，也可异步转动，即上摩擦轮的转速与下摩擦轮的转速不相等，上下摩擦轮之间的间隙最好设计成可调)，使坯料与驱动轮对的上、下摩擦轮的凹槽底面之间产生足够的摩擦力驱动坯料向出料口方向移动；

第三，在出料口处设置等通道转角挤压模具，该等通道转角挤压模具(以下简称模具)由上模和下模组成，上下模之间设有出料通道，下摩擦轮与下模之间间隙很小以防坯料进入，坯料在接触到下模后由于受到阻挡会立即转角(一般为90度左右)后从出料通道中挤出，由于坯料在转角过程中受到很大的剪切力作用，因此材料内部会产生大量的位错，并最终导致材料力学性能的改变，如图2所示。最后一对驱动轮对送出的坯料在所述模具的上模和最后一对驱动轮对中的下摩擦轮的约束下沿下摩擦轮表面转动1/8～1/4(一般为1/4)圆周后与所述模具的下模相抵，并在下模的阻挡下发生剪切变形后连续转过设定的夹角(45～90度左右)后向模具出口方向，得到位错密度发生变化的具有高屈服强度的金属材料。

以下是按照本发明的方法采用多对轮驱动等通道转角挤压大应变变形制备高性能金属材料实例，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：坯料采用固溶态2024铝合金，其屈服强度为240MPa，经4对轮同步摩擦驱动ECAP大应变变形后，其屈服强度提高至512MPa，约为原坯料的2.1倍。而采用图1所示的方法加工后的屈服强度为380MPa左右。

实施例2：坯料采用固溶态2024铝合金，其屈服强度为240MPa，经4对轮异步摩擦驱动ECAP大应变变形后，其屈服强度提高至566MPa，为原坯料的2.3倍。而采用图1所示的加工方法，其屈服强度为400MPa左右，且加工周期远远大于图2所示的方法，效率很低。

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

1.一种基于多对轮驱动的制备高性能金属材料的等通道转角挤压制备方法，其特征是它包括以下步骤：

其次，驱动驱动轮对中的上、下摩擦轮转动，使坯料与驱动轮对的上、下摩擦轮的凹槽底面之间产生足够的摩擦力驱动坯料向出料口方向移动；第三，在出料口处设置等通道转角挤压模具，并使最后一对驱动轮对送出的坯料在所述模具的上模和最后一对驱动轮对中的下摩擦轮的约束下沿下摩擦轮表面转动1/8～1/4圆周后与所述模具的下模相抵，并在下模的阻挡下发生剪切变形后连续转过设定的夹角后向模具出口方向移动，得到位错密度发生变化的具有高屈服强度的金属材料；所述的夹角为等通道转角，其值为45～90度。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的驱动轮对的数量不少于二对。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的驱动轮对的数量为四对。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的各驱动轮对中的上、下摩擦轮同步旋转或异步旋转。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的金属材料的位错密度不小于2.1×10¹⁴m^-2。