CN105543733B - 一种金属细晶材料挤压方法、挤压模具及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属细晶材料挤压方法、挤压模具及应用，包括如下步骤：1)将金属坯料热挤压成原来坯料断面1/n的中间坯料，n为大于2的整数；2)将n段等长的中间坯料组合成新坯料后，重复步骤1)的过程，重复设定次数后，得到目标金属细晶坯料；所述金属坯料的横截面的形状为可以均分的形状。本发明的方法将金属坯料多次挤压加工，通过把挤压后的棒材(扇形截面、三角形截面)组合成圆棒或正多边形棒，进行挤压，这样一方面可以显著的进一步细化晶粒，另一方面挤压出的棒材不同位置(表面，内部)的晶粒通过挤压进一步均匀，使表面和内部晶粒到达相同的尺度。提高了材料累积变形程度，可以有效细化晶粒，从而提高最终挤压产品的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于塑性加工领域，具体涉及一种金属细晶材料挤压方法、挤压模具及应用。
背景技术
在挤压过程中材料受三向压应力，可以显著提高塑性。挤压金属铸锭从外向内分为：细晶等轴区、柱状晶区和粗等轴区，因而采用传统挤压工艺时，受初始组织的影响，挤压型材组织粗细不均匀，力学性能不高。挤压比是指挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比，也称为挤压系数，挤压比是挤压生产中用于表示金属变形量大小的参数。一般热挤压过程挤压比控制在40-80范围。采用传统的一次成形挤压方法，也不宜采用特别大的挤压比(超过100)，因为随着挤压比的增大，所需的挤压力也变大，模具的磨损加快，容易损坏。在挤压比较小的情况下，采用挤压工艺无法显著的细化晶粒，力学性能提升效果不明显。
目前，铝合金挤压加工费大约1000/吨-2000/吨不等，一次挤压生产效率高，多次重复挤压会明显增加生产成本，成本是单次挤压成本的多倍，与挤压次数成正比。此外，单次挤压会使材料出现组织不均匀，型材表面晶粒细，内部晶粒相对粗大(微米尺度)的问题。
发明内容
本发明的目的是采用一种金属细晶材料挤压制备方法，弥补传统挤压方法的不足。通过对坯料的多次重复挤压，提高材料累积变形程度，达到大塑性变形的目的，从而实现晶粒细化，提高材料的力学性能。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
多次重复挤压方法在金属细晶材料制备中的应用。
一种金属细晶材料挤压制备方法，包括如下步骤：
1)将金属坯料热挤压成设定形状的中间坯料；
2)将n段等长的中间坯料组合成新坯料后，重复步骤1)的过程，重复设定次数后，得到目标金属细晶坯料。
优选的，步骤1)中的金属材料为铝合金、镁合金、锌合金或铜合金。
优选的，步骤1)中，中间坯料的形状为扇形或等边三角形；扇形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数；等边三角形的顶角的角度为360°/m，m为大于3的整数。
优选的，所述金属坯料横截面的形状为圆形或多边形。优选为圆形或正多边形，正多边形的边数大于5。
圆柱形坯料在挤压过程中，金属直接向前移动。三角的或者方形的坯料在挤压过程中，金属会向四周流动，充满挤压筒之后，才会继续向前移动。
金属向四周流动会导致以下问题：
1)有可能导致几个组合的中间坯料之间相互错开，导致变形不均匀；
2)不可避免地会导致坯料的部分内部金属流到表面(类似于揉面)和挤压筒接触，有可能导致摩擦力增大，消耗掉挤压力，使得挤压力增大，浪费能源。
截面为多边形的坯料形状接近圆，也可作为优选的方案。
优选的，步骤2)中，中间坯料组合成新坯料时，切去前端焊合不好的材料。
由于是正挤压，所以前段变形较小，会焊合不好，变形小，晶粒细化效果就不好。焊合不好，表现就是前段有裂纹，不会是整体材料有裂纹，所以要将焊合不好的部分切掉。
优选的，步骤2)中，中间坯料组合成新坯料之前进行加热保温，加热温度高于挤压材料的再结晶温度，保温的时间为0.5-1h。
加热保温为了材料加热均匀，因为整个挤压过程是热挤压；加热时间较短是为了防止细化的晶粒在加热过程中粗化。
上述金属细晶材料挤压制备方法使用的挤压模具，其出料口的形状为扇形或等边三角形；扇形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数；等边三角形的顶角的角度为360°/m，m为大于3的整数。
所述的挤压模具在金属细晶材料挤压中的应用。
现有技术没有将挤压后的材料进行组合后再次挤压的技术，因为挤压之后，坯料的截面会变小，无法进行组合。如果是圆的细棒、三角或者方棒组合挤压过程中，一方面会产生很多新的金属面，增大坯料与挤压筒接触，增大摩擦力，不利于进行挤压，或者会将金属黏到挤压筒壁上，造成材料的浪费，需要对挤压筒进行不断清洗。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的方法将金属坯料多次挤压加工，通过把挤压后的棒材(扇形截面、三角形截面)组合成圆棒或正多边形棒，进行挤压，这样一方面可以显著的进一步细化晶粒，另一方面挤压出的棒材不同位置(表面，内部)的晶粒通过挤压进一步均匀，使表面和内部晶粒到达相同的尺度。提高了材料累积变形程度，可以有效细化晶粒，从而提高最终挤压产品的力学性能。
2、通过不同道次的挤压可以得到不同的晶粒度，到达控制材料性能的目的，既可以实现大塑性变形，又可以生产工业化应用的产品。
3、本发明的金属细晶材料挤压制备方法，无需改变或重新设计挤压设备，只需设计一套挤压中间坯料模具，就可以实现大塑性变形的目的，大大降低了多次挤压的成本，具有较强的研究和生产价值。
附图说明
图1为实施例1初次挤压坯料横截面形状；
图2为实施例1中间坯料断面形状示意图(n分别为4、5、6、8)；
图3为实施例1由中间坯料组合的挤压坯料横截面；
图4为实施例2中间坯料断面形状示意图(n分别为4、5、6、8)；
图5为实施例2由中间坯料组合的挤压坯料横截面。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种金属细晶材料挤压制备方法，包括如下步骤：
1)将6082铝合金热挤压成原来坯料断面1/4的中间坯料；
2)然后将中间坯料截取等长度的4段；
3)将4段中间坯料加热至450℃保温0.5小时；
4)组合成圆柱形的新坯料热挤压加工，挤压出新的原来坯料断面1/4的中间坯料；
5)重复上述过程(过程2)-过程4))2次；
6)组合成圆柱形的新坯料热挤压加工，加工成目标产品。
本例挤压速度为5m/min，最终产品的挤压比为20。
以相同的方式进行n为5、6、8的试验，如图1-3所示。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中使用材料为AZ31镁合金；中间坯料为原来正多边形坯料断面1/n(n为正多边形的个数)，重复挤压次数为2次；中间加热温度为400℃，保温时间1小时；挤压速度为2m/min，最终产品的挤压比为15。
正多边形为正四边形、正五边形、正六边形以及正八边形，如图4-5所示，正多边形也可以为其他正多变形。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中使用材料为ZAT10锌合金；中间坯料为原来圆形坯料断面的1/n(n为2的倍数)，重复挤压次数为3次；挤压温度为300℃，挤压速度为6m/min，最终产品的挤压比为60。
需要说明的是，本发明的“金属材料”不限于铝合金、镁合金、锌合金、铜合金，还可以是其他种类的适合热挤压加工的合金。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种金属细晶材料挤压制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将金属坯料热挤压成设定形状的中间坯料；中间坯料的形状为扇形或等腰三角形；扇形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数；等腰三角形的顶角的角度为360°/m，m为大于3的整数；
2)将n段等长的中间坯料组合成新坯料后，重复步骤1)的过程，重复设定次数后，得到目标金属细晶坯料。
2.根据权利要求1所述的挤压制备方法，其特征在于：步骤1)中的金属材料为铝合金、镁合金、锌合金或铜合金。
3.根据权利要求1所述的挤压制备方法，其特征在于：所述金属坯料横截面的形状为圆形或多边形。
4.根据权利要求3所述的挤压制备方法，其特征在于：所述金属坯料横截面的形状为正多边形，正多边形的边数大于5。
5.根据权利要求1所述的挤压制备方法，其特征在于：步骤2)中，中间坯料组合成新坯料时，切去前端焊合不好的材料。
6.根据权利要求1所述的挤压制备方法，其特征在于：步骤2)中，中间坯料组合成新坯料之前进行加热保温，加热温度高于挤压材料的再结晶温度，保温的时间为0.5-1h。
7.权利要求1-6任一所述金属细晶材料挤压制备方法使用的挤压模具，其特征在于：其出料口的形状为扇形，扇形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数。
8.权利要求2-6任一所述金属细晶材料挤压制备方法使用的挤压模具，其特征在于：其出料口的形状为等腰三角形，三角形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数。
9.根据权利要求8所述的挤压模具，其特征在于：所述n为大于5的整数。
10.权利要求7-9任一所述的挤压模具在金属细晶材料挤压中的应用。
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