CN103611752A - 一种制备块体纳米铝锂合金的新方法及装置 - Google Patents

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徐淑波
刘婷
景财年
林晓娟
黄丽丽
郑伟
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Abstract

本发明公开了一种制备块体纳米铝锂合金的新方法及装置，本发明的特点是通过剧烈塑性变形工艺改善铝锂合金的力学性能，所采用的剧烈塑性变形装置是设计连续转角模具通道，通道转角之间依次旋转90o进入下一个转角，能够实现Bc路径实现等通道弯角连续挤压，并且通过BC挤压试样后获得的组织较为均匀，获得等轴晶组织更为迅速。凹模采用的是一种倒钟形二层组合预应力结构，这样不但可以有效地利用模具材料，还可以保证其承载能力。采用本发明可以有效的避免凹模的破裂，提高模具寿命并且提高了实验研究的效率，节省了时间和金钱。

Description

一种制备块体纳米铝锂合金的新方法及装置
技术领域
本发明涉及一种制备块体纳米铝锂合金的新方法及装置，尤其是涉及一种改进的ECAP工艺Bc路径连续挤压装置。
背景技术
Li是世界上最轻的金属元素，其密度只有0.539/cm3，在铝中每加入l%的Li，可使合金密度减小3%．弹性模量提高6％。由于铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚高、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常规铝舍金，可使构件质量减轻15%，刚度提高15％～20%。铝锂合金被认为是航空航天工业中的理想结构材料。
目前铝锂合金已经在军用飞机、民用客机和直升飞机上使用或试用，主要用于机身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。
但是铝锂合金也存在一些问题，如成本较高(铝锂合金的半成品价格在国外比普通铝合金高2~4 倍甚至更多) ，金属锂的储量少、提取难，生产工艺较复杂，生产过程需通入氩气保护且冷作硬化速度快，短期处于较高温度时，韧性下降严重等。近年来，由于钛合金和复合材料在大飞机上的大量应用，铝锂合金的前景可能不如预期的那么乐观。因此，必须寻求新的技术和工艺方法，如剧烈塑性和精密模锻等降低铝锂合金的成本，进一步提高其性能，力求使铝锂合金得到更广泛的应用。
剧烈塑性变形可以使晶体材料的内部组织细化至亚微米级甚至纳米级，是材料表现出优良的力学性能。目前已经被开发出来的剧烈塑性变形方法主要有高压扭转、累积叠轧、等通道转角挤压变形及多向锻造等，这些方法已广泛的应用于金属材料等领域。等通道转角挤压工艺，即ECAP变形是其中最有效的细化晶粒的方法，受到了研究者的广泛关注。等通道弯角挤压工艺又包括A、BA、BC、C四种路径，路径BC是指每道次挤压后，试样旋转90o进入下一道次，旋转方向不改变，并且通过BC挤压试样后获得的组织较为均匀，获得等轴晶组织更为迅速。但传统的ECAP装置只能进行单道次挤压，并且需要人工进行不同道次不同路径之间的转换，工作效率低下。 
发明内容
本发明的目的是：针对上述存在的技术问题，提供一种能够实现BC路径连续ECAP挤压的结构，该结构既能实现铝锂合金的纳米化，改善其力学性能，又能提高挤压的工作效率。
为解决上述技术性问题，本发明的技术方案是：模具包括如下部件：1.下模板 2.导柱 3.内六角螺钉 4.导套 5.上模板 6.凸模固定板 7.定位圆柱销 8.凸模垫板 9.内六角螺钉10.凸模 11.凹模压板 12.凹模压套 13.凹模 14.垫块15.凹模垫板等组成。凹模模腔先由具有相同横截面积的管道以90°相交接而成，再连接于制件形状相同的型腔。
1.利用线切割技术将材料切割成直径为12mm，长度为40mm的试样，并对试样进行完全退火；
2.将挤压件放入型腔之前，先对模具进行充分的润滑，放入挤压件后，将模具和挤压件同时预热到一定温度，挤压完成以后，对挤压件进行去应力退火；
3.由于凸模长度有限，当挤压件完全进入通道后，这时通过放入另一挤压件推进前个挤压件的运动，直至挤压件挤压完成；
4.挤压完成以后，对挤压件进行去应力退火。
本发明的有益效果是：等通道弯角挤压工艺是剧烈塑性变形过程，而BC路径又是可以是挤压件获得较为均匀组织的路径，将两者结合起来的装置不但可以实现铝锂合金的剧烈塑性变形，还在原变形基础上进行了改进，实现了BC路径的连续变形，既实现了块状铝锂合金的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了等通道弯角挤压变形。
附图说明
图1为一种具有预应力组合凹模结构的ECAP挤压模具装配图； 
图2为图1中的预应力组合凹模结构；
图3为图2中预应力组合凹模俯视图；
图4为图2中预应力组合凹模左视图；
上述图中的标记为：
图1一种具有预应力组合凹模结构的ECAP挤压模具装配图的1.下模板 2.导柱 3.内六角螺钉 4.导套 5.上模板 6.凸模固定板 7.定位圆柱销 8.凸模垫板 9.内六角螺钉10.凸模 11.凹模压板 12. 凹模压套 13.凹模 14.垫块15.凹模垫板。
具体实施方式
从图1所示本发明的模具装配图、图2的预应力组合凹模结构、图3的预应力组合凹模俯视图和图4的预应力组合凹模左视图中挤压通道设计细节技巧可以看出，本发明主要有1.下模板 2.导柱 3.内六角螺钉 4.导套 5.上模板 6.凸模固定板 7.定位圆柱销 8.凸模垫板 9.内六角螺钉10.凸模 11.凹模压板 12.凹模压套 13.凹模 14.垫块15.凹模垫板等组成。在挤压过程中将挤压实验所用材料首先通过线切割下料，然后通过切削方法加工成直径10mm，长度为40mm的试样，然后放入一种连续进行ECAP的BC路径挤压的模具，ECAP模具设计不同于常规冷挤压模具，本发明的ECAP模具能实现挤压件侧向连续挤出，需要在组合凹模及预应力套圈中加工挤压件挤出通道。在模具完成一次挤压行程后，相当于挤压件进行了4次挤压变形，且由于采用预应力组合凹模结构，模具寿命得到提高，提高了实验的成功率和挤压效率。
本发明所采用的凹模连续通道结构，均可采用现有技术，本发明并不局限于上述所列举的具体实施形式，凡本领域技术人员不经过创造性劳动所能得到的改进，均属于本发明的保护范围内。
本发明所需设备为机械压力机或液压机。

Claims (3)

1.一种能够实现Bc路径连续ECAP挤压的模具结构包括如下部件：下模板，导柱，内六角螺钉，导套，上模板，凸模固定板，垫块，定位圆柱销，凸模垫板，内六角螺钉，凸模，凹模压板，凹模压套，凹模和凹模垫板，其特征是：（a）该模具采用二层组合凹模预应力结构，采用过盈配合的预应力结构能够大幅度提高模具强度；（b）本发明的ECAP模具能实现挤压件侧向连续挤出，在组合凹模及预应力套圈中加工出挤压件挤出通道，在模具完成一次挤压行程后，挤压件经历了4次变形，之后再将挤压件再放入模腔内挤压，如此反复连续挤出挤压件。
2. 根据权利要求1所述的一种能够实现Bc路径连续ECAP挤压的模具，其特征是: 由于模具凹模的型腔结构是在三维空间内成一定角度的、横截面积相同的管道相交接而成。
3.根据权利要求1所述的一种能够实现Bc路径连续ECAP挤压的模具，其特征是:为了避免挤压件毛刺较大的现象，预应力套圈与凹模采用倒钟形过盈配合，随着挤压力的增加能有效增加模具的过盈量，提高预应力，提高模具寿命。
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