CN106140856B - 一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具及挤压方法 - Google Patents

一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具及挤压方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具及挤压方法。挤压模具包括下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)挤压垫(4)挤压轴(5)，其中下模(1)出口直径为D，上模(2)有均匀分布的四个入口，直径为d，D大于d；所述挤压筒(3)含有直径为D的四个孔，其孔的圆心与上模(2)四个的入口圆心对应，所述挤压轴为与挤压筒对应分布的四个挤压轴(5)。有效阻止了铸锭表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，避免了重复挤压过程中间的棒材表面的清洗。本发明中的挤压垫若采用固定挤压垫，则易于实现加工过程的自动化。经过2‑4道次挤压后，晶粒尺寸可以细化到微米或亚微米级，挤压棒材的力学性能得到明显提高。

Description

一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具及挤压方法
技术领域
本发明属于金属塑性加工领域，特别涉及一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具及挤压方法。
背景技术
细化晶粒是提高金属材料性能的一种有效手段，目前金属材料细化方法可以分为物理和化学两大类。物理方法包括形变处理细化法、物理场细化、快速冷却法、机械物理细化法；化学方法可分为添加细化剂与添加变质剂方法。除了形变处理细化方法外的其他方法，主要应用于金属凝固过程中，其细化晶粒的效果最高能够达到几十微米甚至十几微米的级别。只有形变处理方法才能使金属材料细化到微米级甚至更小，然而采用形变处理方式得到的细晶及超细晶金属产品一般尺寸较小，如等通道角挤压方法，这大大限制了相关金属材料的应用推广。
因此，有必要从研发一种新型细晶金属材料挤压模具，这种模具可以挤压出较大截面积的产品，同时产品的晶粒尺寸可以细化到微米甚至亚微米等级。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具及挤压方法。棒料首先通过挤压筒进入模具，由于模具是平模，在挤压时形成的死区，可阻止铸锭表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，在干净棒料进入模具后，由于下模横截面尺寸与上模尺寸相差不大，在外加载荷作用下，棒料发生剪切变形，随后四根棒料在下模中汇合，经过又一次变形从下模出口流出。随后把挤压筒与模具分离，切除压余，完成一个完整的挤压动作。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具，包括：下模、上模、挤压筒、挤压轴；所述模具为平模，所述下模设置有直径为D的出料口，所述上模均匀设置有多个直径为d的进料口；所述挤压筒设置有多个与所述上模进料口一一对应的、直径为D的挤压通道，所述挤压通道内设置有相应的挤压轴；所述D大于d；装模后，所述下模与上模围成腔体，所述挤压通道的进料端与上模的进料口对接，所述上模进料口的圆心位于对应挤压通道的轴心线上。
优选的，所述上模设有3～5个均匀分布的进料口。
更优选的，当所述进料口个数设置为4时，所述D/d＝1.2～2.0，即：下模出口直径D比上模入口直径d大20％-100％。研究发现：若D/d大于2，就会因为上模具入口的材料流速小于下模具出口流速，而导致在模具成形过程中阻力不足，在材料未完全充满模具时就从下模出口流出，使挤压的棒材存在缺陷。
同理，当所述进料口个数设置为3时，D/d＝1.2～1.7；
当所述进料口个数设置为5时，D/d＝1.2～2.2。
优选的，所述挤压通道与挤压轴中间还设置有挤压垫。
优选的，待处理的金属棒材的直径与所述挤压通道相同。
本发明还提供了一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压方法，包括：
将N根直径为D的热金属棒材放入挤压筒进行一次挤压；
挤压完成后，将棒材切为等长的N段，重新加热，进行二次挤压；
重复上述步骤，直至棒材的晶粒细化到目标尺寸。
本发明中所述的“目标尺寸”是指：将晶粒尺寸细化到微米或亚微米级。
本发明中“N”为大于零的自然数。
优选的，N为3、4或5。
优选的，所述热挤压温度比待挤压金属的再结晶温度高50℃～250℃。
优选的，随挤压道次增加，热挤压温度逐渐降低。
优选的，所述“重复上述步骤直至棒材的晶粒组织细化到目标尺寸”为重复2～3次。
本发明还提供了采用任一上述方法制备的大尺寸细晶或超细晶金属棒材，所述金属棒材的晶粒细化到0.5～2μm。
本发明的有益效果
(1)在本发明中，由于模具是平模，在挤压时形成的死区，可阻止铸锭表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，避免了重复挤压过程中间的棒材表面的清洗。本发明中的挤压垫若采用固定挤压垫，则易于实现加工过程的自动化。经过2～4道次挤压后，晶粒尺寸可以细化到微米或亚微米级，挤压棒材的力学性能得到明显提高。
(2)本发明挤压的棒材直径与挤压筒尺寸一致，因而，挤压出的棒材可以切断后重新放入挤压筒，进行二次挤压，经过2～4道次挤压后，棒材的晶粒尺寸可以达到微米级甚至亚微米级。采用本发明的挤压模具，可以生产与挤压坯料直径相同的大尺寸细晶金属棒材，生产的棒材既可以作为中间产品进行二次加工又可以作为最终产品，其力学性能较原始坯料得到显著提高。
(3)本发明装置结构简单、实用性强、易于推广。
附图说明
图1为挤压筒模具图。其中，1为下模，2为上模，3为挤压筒，4为挤压垫，5为挤压轴。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1：
一种大尺寸细晶或超细晶镁合金棒材热挤压模具及挤压方法，挤压模具包括下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)挤压垫(4)挤压轴(5)，其中下模(1)出口直径为60mm，上模(2)有均匀分布的四个入口，直径为40mm；所述挤压筒(3)含有直径为60mm的四个孔，其孔的圆心与上模(2)四个的入口圆心对应，所述挤压轴为与挤压筒对应分布的四个挤压轴(5)。
挤压第一道次依次将四根等长度，直径为60mm，温度为450℃的镁合金棒材放入挤压筒开始挤压。挤压完毕将棒材切断等长度的4段，重新加热挤压。
第二道次挤压温度为400℃，第三道次挤压温度为350℃。
经过三道次挤压镁合金棒材的晶粒组织即可细化到1-2μm。
实施例2：
一种大尺寸细晶或超细晶铝合金棒材热挤压模具及挤压方法，挤压模具包括下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)挤压垫(4)挤压轴(5)，其中下模(1)出口直径为100mm，上模(2)有均匀分布的四个入口，直径为60mm；所述挤压筒(3)含有直径为100mm的四个孔，其孔的圆心与上模(2)四个的入口圆心对应，所述挤压轴为与挤压筒对应分布的四个挤压轴(5)。
挤压第一道次依次将四根等长度，直径为100mm，温度为480℃的铝合金棒材放入挤压筒开始挤压。挤压完毕将棒材切断等长度的4段，重新加热挤压。
第二道次挤压温度为450℃，第三道次挤压温度为420℃，第四道次挤压温度为400℃。
经过4道次挤压铝合金棒材的晶粒组织即可细化到0.5-1μm。
实施例3
一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具，包括：下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)、挤压轴(5)；所述模具为平模，所述下模(1)设置有直径为D的出料口，所述上模均匀设置有多个直径为d的进料口；所述挤压筒(3)设置有多个与所述上模(2)进料口一一对应的、直径为D的挤压通道，所述挤压通道内设置有相应的挤压轴(5)；所述D大于d；装模后，所述下模(1)与上模(2)围成腔体，所述挤压通道的进料端与上模(2)的进料口对接，所述上模(2)进料口的圆心位于对应挤压通道的轴心线上。
实施例4
一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具，包括：下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)、挤压轴(5)；所述模具为平模，所述下模(1)设置有直径为D的出料口，所述上模均匀设置有多个直径为d的进料口；所述挤压筒(3)设置有多个与所述上模(2)进料口一一对应的、直径为D的挤压通道，所述挤压通道内设置有相应的挤压轴(5)；所述D大于d；装模后，所述下模(1)与上模(2)围成腔体，所述挤压通道的进料端与上模(2)的进料口对接，所述上模(2)进料口的圆心位于对应挤压通道的轴心线上。
所述上模(2)设有3个均匀分布的进料口，其中，D/d＝1.2～1.7。
实施例5
一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具，包括：下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)、挤压轴(5)；所述模具为平模，所述下模(1)设置有直径为D的出料口，所述上模均匀设置有多个直径为d的进料口；所述挤压筒(3)设置有多个与所述上模(2)进料口一一对应的、直径为D的挤压通道，所述挤压通道内设置有相应的挤压轴(5)；所述D大于d；装模后，所述下模(1)与上模(2)围成腔体，所述挤压通道的进料端与上模(2)的进料口对接，所述上模(2)进料口的圆心位于对应挤压通道的轴心线上。
所述上模(2)设有4个均匀分布的进料口，其中，D/d＝1.2～2.0。研究发现：若D/d大于2，就会因为上模具入口的材料流速小于下模具出口流速，而导致在模具成形过程中阻力不足，在材料未完全充满模具时就从下模出口流出，使挤压的棒材存在缺陷。
实施例6
一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具，包括：下模(1)、上模(2)、挤压筒(3)、挤压轴(5)；所述模具为平模，所述下模(1)设置有直径为D的出料口，所述上模均匀设置有多个直径为d的进料口；所述挤压筒(3)设置有多个与所述上模(2)进料口一一对应的、直径为D的挤压通道，所述挤压通道内设置有相应的挤压轴(5)；所述D大于d；装模后，所述下模(1)与上模(2)围成腔体，所述挤压通道的进料端与上模(2)的进料口对接，所述上模(2)进料口的圆心位于对应挤压通道的轴心线上。
所述上模(2)设有5个均匀分布的进料口，其中，D/d＝1.2～2.2。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本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以内。

Claims (5)

1.一种大尺寸细晶或超细晶金属棒材热挤压模具，包括：下模、上模、挤压筒、挤压轴；其特征在于，所述模具为平模，所述下模设置有直径为D的出料口，所述上模均匀设置有多个直径为d的进料口；所述挤压筒设置有多个与所述上模进料口一一对应的、直径为D的挤压通道，所述挤压通道内设置有相应的挤压轴；所述D大于d；装模后，所述下模与上模围成腔体，所述挤压通道的进料端与上模的进料口对接，所述上模进料口的圆心位于对应挤压通道的轴心线上。
2.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述上模设有3～5个均匀分布进料口。
3.如权利要求2所述的模具，其特征在于，当所述进料口个数设置为3时，D/d＝1.2～1.7；
或当所述进料口个数设置为4时，D/d＝1.2～2.0；
或当所述进料口个数设置为5时，D/d＝1.2～2.2。
4.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述挤压通道与挤压轴中间还设置有挤压垫。
5.如权利要求1所述的模具，其特征在于，待处理的金属棒材的直径与所述挤压通道相同。
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