CN113218744B - 一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法及装置 - Google Patents
一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法及装置，包括如下步骤；步骤S1：开启加热电阻丝加热到预设温度，压头挤压坯料，使坯料充满模腔；步骤S2：当坯料充满模腔时，关闭加热电阻丝；步骤S3：开启冷却水，坏料从上到下的冷却速度逐渐减慢；步骤S4：当冷却到预定温度时，退出压头、凹模模具底部模座，通过顶料杆顶出坯料，一次挤压获得两块梯度样品；步骤S5：获得晶粒梯度分布、第二相梯度分布的组织；本发明的制备方法，有效实现了金属材料的梯度热变形及梯度热处理，可高效获得具有晶粒梯度分布、第二相梯度分布及性能梯度分布的金属材料，实现了金属样品的高通量制备加工，具有效率高、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，具体为一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法及装置。
背景技术
端淬梯度热处理时无法引入变形储存能，不能为再结晶晶粒形核提供形核驱动力，所以对晶粒尺寸分布产生的影响较小，主要对第二相的尺寸产生影响，且仅能获得热处理工艺-组织-性能间的关系，而且，传统热压缩、热挤压方法在制备的过程中，一次只能制备单个样品，效率较低，成本较高；同时，传统的制备装置，功能单一，制备出来的样品，表面杂质较多，因此，设计一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法及装置是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法及装置，有效实现了金属材料的梯度热变形及梯度热处理，可高效获得具有晶粒梯度分布、第二相梯度分布及性能梯度分布的金属材料，实现了金属样品的高通量制备加工，效率高、成本低。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法，包括如下步骤；
步骤S1：开启加热电阻丝，加热到预设温度时，通过压头挤压坯料，使坯料反向流动，并充满压头与凹模模具形成的模腔，产生梯度热变形且变形量大，变形储存能也呈梯度分布，且可通过控制模具尺寸控制反挤压梯度热变形量的大小及分布；
步骤S2：当坯料反向流动充满模腔时，关闭加热电阻丝，停止加热，但压头并不退出，以防止坯料上端热扩散而产生冷却；
步骤S3：开启冷却水，使从下到上的冷却水通道里水的流速依次加快、流量依次增加，且流速、流量可调，坏料从上到下的冷却速度逐渐减慢，从而使压入的坯料产生温度梯度分布且可准确调控；
步骤S4：当冷却到预定温度时，退出压头、凹模模具底部模座，进入顶料杆，通过顶料杆从凹模模具底部顶出坯料，一次挤压获得两块梯度样品；
步骤S5：最终获得晶粒梯度分布、第二相梯度分布的组织，性能也呈梯度分析。
作为本发明进一步的方案：所述压头顶端矩形短边长与底端矩形短边长之比范围为3:1至20:1、高为10cm到100cm，坯料加热时间范围为10min-5h；坯料加热温度范围为200℃-1300℃；冷却时间范围为10min-5h。
一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，包括支撑台、竖梁架、液压组件、压头、第一电加热层、凹模模具、第二电加热层、冷却组件、下料组件和清洁组件，所述支撑台的顶部端面中央固定安装有凹模模具，且凹模模具的内部一侧设置有第二电加热层，所述支撑台的顶部端面一侧固定安装有液压组件，且液压组件的底部一端设置有压头，所述压头的内部安装有第一电加热层，所述支撑台的顶部端面另一侧安装有冷却组件，且冷却组件与凹模模具连接，所述支撑台的底部端面中央安装有下料组件，且下料组件位于凹模模具的底部下方，所述支撑台的底部端面一侧固定安装有竖梁架，所述竖梁架的一侧安装有清洁组件，且清洁组件与冷却组件连接；
所述冷却组件包括冷却泵、进液管、方形冷却槽、排液管、蓄水箱和注水口，所述冷却泵固定安装在支撑台的顶部端面一侧，所述冷却泵的一侧连接安装有进液管，所述冷却泵的底部连接安装有蓄水箱，且蓄水箱的一侧设置有注水口，所述蓄水箱的顶部一端连接安装有排液管，所述方形冷却槽开设在凹模模具的内部。
作为本发明进一步的方案：所述第一电加热层和第二电加热层的内部均设置有电加热丝。
作为本发明进一步的方案：所述液压组件包括固定架、安装顶板、液压支架、液压缸和液压支杆，所述固定架通过焊接固定安装在支撑台的顶部端面一侧，所述固定架的顶部端面中央固定安装有安装顶板，所述安装顶板的端面中央固定安装有液压支架，且液压支架的端面通过螺栓固定安装有液压缸，所述液压缸的底部连接安装有液压支杆，且液压支杆的底部一端与压头固定连接。
作为本发明进一步的方案：所述下料组件包括连接支架、电动气缸、活塞顶杆、顶料板和顶料杆，所述连接支架通过螺栓固定安装在支撑台的底部端面，所述连接支架的端面中央固定安装有电动气缸，所述电动气缸的顶部端面连接安装有活塞顶杆，所述活塞顶杆的顶部端面中央固定安装有顶料板，所述顶料板的顶部端面两侧固定安装有顶料杆。
作为本发明进一步的方案：所述支撑台的端面中央开设有两个顶料槽，且顶料杆的顶部一端位于顶料槽的底部下方。
作为本发明进一步的方案：所述清洁组件包括清洁箱、吊架、分水管、转动轴、清洁板、清洁水管、清洁泵和箱门，所述清洁箱固定安装在竖梁架的端面一侧，所述清洁箱的内侧顶部固定安装有吊架，所述吊架的底部固定安装有分水管，且分水管的顶部端面插接安装有若干个清洗喷头，所述分水管的顶部一端插接安装有清洁水管，所述清洁水管的一端连接安装有清洁泵，且清洁水管的一端穿过清洁泵与蓄水箱连接，所述转动轴插接安装在清洁箱的内侧底部端面中央，所述转动轴的顶部端面固定安装有清洁板。
作为本发明进一步的方案：所述方形冷却槽的底部一端与进液管的一端连接，且方形冷却槽的顶部一端与排液管连接。
本发明的有益效果：
1、本发明的制备方法，有效实现了金属材料的梯度热变形及梯度热处理，可高效获得具有晶粒梯度分布、第二相梯度分布及性能梯度分布的金属材料，实现了金属样品的高通量制备加工，效率高、成本低。
2、本发明的制备装置，结构简单，支撑牢固；在使用时，通过一次实验便可高效获得工艺-组织-性能间的关系，且能制备两块梯度样品；而且，冷却效果好，在对坯料加工的过程中，能够产生梯度热变形且变形量大；同时，也具有清洁功能，能够将制备的样品进行清洁，清洁效果好，有效提高样品的表面质量。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明高通量制备装置的第一整体结构示意图；
图2为本发明高通量制备装置的第二整体结构示意图；
图3为本发明高通量制备装置的整体主视图；
图4为本发明高通量制备装置的整体剖视图；
图5为本发明高通量制备装置的第一局部剖视图；
图6为本发明高通量制备装置的第二局部剖视图；
图中：1、支撑台；2、竖梁架；3、液压组件；4、压头；5、第一电加热层；6、凹模模具；7、第二电加热层；8、冷却组件；9、下料组件；10、清洁组件；31、固定架；32、安装顶板；33、液压支架；34、液压缸；35、液压支杆；81、冷却泵；82、进液管；83、方形冷却槽；84、排液管；85、蓄水箱；86、注水口；91、连接支架；92、电动气缸；93、活塞顶杆；94、顶料板；95、顶料杆；101、清洁箱；102、吊架；103、分水管；104、转动轴；105、清洁板；106、清洁水管；107、清洁泵；108、箱门。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法，包括如下步骤；
步骤S1：开启加热电阻丝，加热到预设温度时，通过压头4挤压坯料，使坯料反向流动，并充满压头4与凹模模具6形成的模腔，产生梯度热变形且变形量大，变形储存能也呈梯度分布，且可通过控制模具尺寸控制反挤压梯度热变形量的大小及分布；
步骤S2：当坯料反向流动充满模腔时，关闭加热电阻丝，停止加热，但压头4并不退出，以防止坯料上端热扩散而产生冷却；
步骤S3：开启冷却水，使从下到上的冷却水通道里水的流速依次加快、流量依次增加，且流速、流量可调，坏料从上到下的冷却速度逐渐减慢，从而使压入的坯料产生温度梯度分布且可准确调控；
步骤S4：当冷却到预定温度时，退出压头4、凹模模具6底部模座，进入顶料杆95，通过顶料杆95从凹模模具6底部顶出坯料，一次挤压获得两块梯度样品；
步骤S5：最终获得晶粒梯度分布、第二相梯度分布的组织，性能也呈梯度分析。
一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，包括支撑台1、竖梁架2、液压组件3、压头4、第一电加热层5、凹模模具6、第二电加热层7、冷却组件8、下料组件9和清洁组件10，支撑台1的顶部端面中央固定安装有凹模模具6，且凹模模具6的内部一侧设置有第二电加热层7，支撑台1的顶部端面一侧固定安装有液压组件3，且液压组件3的底部一端设置有压头4，压头4的内部安装有第一电加热层5，支撑台1的顶部端面另一侧安装有冷却组件8，且冷却组件8与凹模模具6连接，支撑台1的底部端面中央安装有下料组件9，且下料组件9位于凹模模具6的底部下方，支撑台1的底部端面一侧固定安装有竖梁架2，竖梁架2的一侧安装有清洁组件10，且清洁组件10与冷却组件8连接；
冷却组件8包括冷却泵81、进液管82、方形冷却槽83、排液管84、蓄水箱85和注水口86，冷却泵81固定安装在支撑台1的顶部端面一侧，冷却泵81的一侧连接安装有进液管82，冷却泵81的底部连接安装有蓄水箱85，且蓄水箱85的一侧设置有注水口86，蓄水箱85的顶部一端连接安装有排液管84，方形冷却槽83开设在凹模模具6的内部；
第一电加热层5和第二电加热层7的内部均设置有电加热丝，通过设置电加热丝从而实现等温压缩；
液压组件3包括固定架31、安装顶板32、液压支架33、液压缸34和液压支杆35，固定架31通过焊接固定安装在支撑台1的顶部端面一侧，固定架31的顶部端面中央固定安装有安装顶板32，安装顶板32的端面中央固定安装有液压支架33，且液压支架33的端面通过螺栓固定安装有液压缸34，液压缸34的底部连接安装有液压支杆35，且液压支杆35的底部一端与压头4固定连接；通过固定架31和安装顶板32能够对液压支架33进行支撑，液压支架33一侧的液压缸34工作，液压缸34推动液压支杆35下移，使得液压支杆35能够推动压头4；
下料组件9包括连接支架91、电动气缸92、活塞顶杆93、顶料板94和顶料杆95，连接支架91通过螺栓固定安装在支撑台1的底部端面，连接支架91的端面中央固定安装有电动气缸92，电动气缸92的顶部端面连接安装有活塞顶杆93，活塞顶杆93的顶部端面中央固定安装有顶料板94，顶料板94的顶部端面两侧固定安装有顶料杆95；连接支架91一侧的电动气缸92工作，电动气缸92通过活塞顶杆93推动顶料板94，使得顶料板94顶部的顶料杆95穿过顶料槽，通过顶料杆95从凹模模具6底部顶出坯料，一次挤压获得两块梯度样品；
支撑台1的端面中央开设有两个顶料槽，且顶料杆95的顶部一端位于顶料槽的底部下方，方便顶料；
清洁组件10包括清洁箱101、吊架102、分水管103、转动轴104、清洁板105、清洁水管106、清洁泵107和箱门108，清洁箱101固定安装在竖梁架2的端面一侧，清洁箱101的内侧顶部固定安装有吊架102，吊架102的底部固定安装有分水管103，且分水管103的顶部端面插接安装有若干个清洗喷头，分水管103的顶部一端插接安装有清洁水管106，清洁水管106的一端连接安装有清洁泵107，且清洁水管106的一端穿过清洁泵107与蓄水箱85连接，转动轴104插接安装在清洁箱101的内侧底部端面中央，转动轴104的顶部端面固定安装有清洁板105；将获得的样品放置在清洁箱101内部清洁板105的顶部，将转动轴104转动，调节清洁板105的角度后，将箱门108闭合，清洁泵107工作，将蓄水箱85内部的水流通过清洁水管106输送到吊架102底部的分水管103内，再通过清洗喷头对清洁板105端面的样品进行清洗，从而提高成型质量；
方形冷却槽83的底部一端与进液管82的一端连接，且方形冷却槽83的顶部一端与排液管84连接，将蓄水箱85内部的冷却水输送到进液管82，再通过进液管82输送到方形冷却槽83的内部，使从下到上的冷却水通道里水的流速依次加快、流量依次增加；
压头4顶端矩形短边长与底端矩形短边长之比范围为3:1至20:1、高为10cm到100cm，坯料加热时间范围为10min-5h；坯料加热温度范围为200℃-1300℃；冷却时间范围为10min-5h。
其中在本实施例中压头4顶端矩形短边长与底端矩形短边长之比范围为3:1、高为10cm，坯料加热时间范围为10min；坯料加热温度范围为200℃；冷却时间范围为10min。
本发明的工作原理：通过竖梁架2能够对支撑台1进行支撑，将坯料放置在支撑台1顶部的凹模模具6内部后，通过液压组件3和压头4进行制备处理，通过冷却组件8进行冷却，通过下料组件9进行下料，并通过清洁组件10能够将加工得到的坯料进行清洗；开启第二电加热层7和第一电加热层5内部的加热电阻丝，加热到预设温度时，通过压头4挤压坯料，通过固定架31和安装顶板32能够对液压支架33进行支撑，液压支架33一侧的液压缸34工作，液压缸34推动液压支杆35下移，使得液压支杆35能够推动压头4，压头4对凹模模具6内部的坯料进行挤压，使坯料反向流动，并充满压头4与凹模模具6形成的模腔，产生梯度热变形且变形量大，变形储存能也呈梯度分布，且可通过控制模具尺寸控制反挤压梯度热变形量的大小及分布；当坯料反向流动充满模腔时，关闭加热电阻丝，停止加热，但压头4并不退出，以防止坯料上端热扩散而产生冷却；开启冷却水，通过注水口86向蓄水箱85的内部注入冷却水，冷却泵81工作，将蓄水箱85内部的冷却水输送到进液管82，再通过进液管82输送到方形冷却槽83的内部，使从下到上的冷却水通道里水的流速依次加快、流量依次增加，且流速、流量可调，方形冷却槽83内部的冷却水最终通过排液管84流回到蓄水箱85的内部，水流在方形冷却槽83的内部流动时，使得坏料从上到下的冷却速度逐渐减慢，从而使压入的坯料产生温度梯度分布且可准确调控；当冷却到预定温度时，退出压头4、凹模模具6底部模座，连接支架91一侧的电动气缸92工作，电动气缸92通过活塞顶杆93推动顶料板94，使得顶料板94顶部的顶料杆95穿过顶料槽，通过顶料杆95从凹模模具6底部顶出坯料，一次挤压获得两块梯度样品；将获得的样品放置在清洁箱101内部清洁板105的顶部，将转动轴104转动，调节清洁板105的角度后，将箱门108闭合，清洁泵107工作，将蓄水箱85内部的水流通过清洁水管106输送到吊架102底部的分水管103内，再通过清洗喷头对清洁板105端面的样品进行清洗，从而提高成型质量。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤S1：开启加热电阻丝，加热到预设温度时，通过压头(4)挤压坯料，使坯料反向流动，并充满压头(4)与凹模模具(6)形成的模腔，产生梯度热变形且变形量大，变形储存能也呈梯度分布，且可通过控制模具尺寸控制反挤压梯度热变形量的大小及分布；
步骤S2：当坯料反向流动充满模腔时，关闭加热电阻丝，停止加热，但压头(4)并不退出，以防止坯料上端热扩散而产生冷却；
步骤S3：开启冷却水，使从下到上的冷却水通道里水的流速依次加快、流量依次增加，且流速、流量可调，坏料从上到下的冷却速度逐渐减慢，从而使压入的坯料产生温度梯度分布且可准确调控；
步骤S4：当冷却到预定温度时，退出压头(4)、凹模模具(6)底部模座，进入顶料杆(95)，通过顶料杆(95)从凹模模具(6)底部顶出坯料，一次挤压获得两块梯度样品；
步骤S5：最终获得晶粒梯度分布、第二相梯度分布的组织，性能也呈梯度分析。
2.根据权利要求1所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备方法，其特征在于，所述压头(4)顶端矩形短边长与底端矩形短边长之比范围为3:1至20:1、高为10cm到100cm，坯料加热时间范围为10min-5h；坯料加热温度范围为200℃-1300℃；冷却时间范围为10min-5h。
3.一种反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，包括支撑台(1)、竖梁架(2)、液压组件(3)、压头(4)、第一电加热层(5)、凹模模具(6)、第二电加热层(7)、冷却组件(8)、下料组件(9)和清洁组件(10)，所述支撑台(1)的顶部端面中央固定安装有凹模模具(6)，且凹模模具(6)的内部一侧设置有第二电加热层(7)，所述支撑台(1)的顶部端面一侧固定安装有液压组件(3)，且液压组件(3)的底部一端设置有压头(4)，所述压头(4)的内部安装有第一电加热层(5)，所述支撑台(1)的顶部端面另一侧安装有冷却组件(8)，且冷却组件(8)与凹模模具(6)连接，所述支撑台(1)的底部端面中央安装有下料组件(9)，且下料组件(9)位于凹模模具(6)的底部下方，所述支撑台(1)的底部端面一侧固定安装有竖梁架(2)，所述竖梁架(2)的一侧安装有清洁组件(10)，且清洁组件(10)与冷却组件(8)连接；
所述冷却组件(8)包括冷却泵(81)、进液管(82)、方形冷却槽(83)、排液管(84)、蓄水箱(85)和注水口(86)，所述冷却泵(81)固定安装在支撑台(1)的顶部端面一侧，所述冷却泵(81)的一侧连接安装有进液管(82)，所述冷却泵(81)的底部连接安装有蓄水箱(85)，且蓄水箱(85)的一侧设置有注水口(86)，所述蓄水箱(85)的顶部一端连接安装有排液管(84)，所述方形冷却槽(83)开设在凹模模具(6)的内部。
4.根据权利要求3所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，所述第一电加热层(5)和第二电加热层(7)的内部均设置有电加热丝。
5.根据权利要求3所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，所述液压组件(3)包括固定架(31)、安装顶板(32)、液压支架(33)、液压缸(34)和液压支杆(35)，所述固定架(31)通过焊接固定安装在支撑台(1)的顶部端面一侧，所述固定架(31)的顶部端面中央固定安装有安装顶板(32)，所述安装顶板(32)的端面中央固定安装有液压支架(33)，且液压支架(33)的端面通过螺栓固定安装有液压缸(34)，所述液压缸(34)的底部连接安装有液压支杆(35)，且液压支杆(35)的底部一端与压头(4)固定连接。
6.根据权利要求3所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，所述下料组件(9)包括连接支架(91)、电动气缸(92)、活塞顶杆(93)、顶料板(94)和顶料杆(95)，所述连接支架(91)通过螺栓固定安装在支撑台(1)的底部端面，所述连接支架(91)的端面中央固定安装有电动气缸(92)，所述电动气缸(92)的顶部端面连接安装有活塞顶杆(93)，所述活塞顶杆(93)的顶部端面中央固定安装有顶料板(94)，所述顶料板(94)的顶部端面两侧固定安装有顶料杆(95)。
7.根据权利要求6所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，所述支撑台(1)的端面中央开设有两个顶料槽，且顶料杆(95)的顶部一端位于顶料槽的底部下方。
8.根据权利要求3所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，所述清洁组件(10)包括清洁箱(101)、吊架(102)、分水管(103)、转动轴(104)、清洁板(105)、清洁水管(106)、清洁泵(107)和箱门(108)，所述清洁箱(101)固定安装在竖梁架(2)的端面一侧，所述清洁箱(101)的内侧顶部固定安装有吊架(102)，所述吊架(102)的底部固定安装有分水管(103)，且分水管(103)的顶部端面插接安装有若干个清洗喷头，所述分水管(103)的顶部一端插接安装有清洁水管(106)，所述清洁水管(106)的一端连接安装有清洁泵(107)，且清洁水管(106)的一端穿过清洁泵(107)与蓄水箱(85)连接，所述转动轴(104)插接安装在清洁箱(101)的内侧底部端面中央，所述转动轴(104)的顶部端面固定安装有清洁板(105)。
9.根据权利要求3所述的反挤压梯度热变形及梯度热处理的高通量制备装置，其特征在于，所述方形冷却槽(83)的底部一端与进液管(82)的一端连接，且方形冷却槽(83)的顶部一端与排液管(84)连接。
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