一种超细(细)晶棒材制备工艺及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超细(细)晶棒材的制备方法，具体涉及长棒材连续剧烈等温变形方法，属于材料加工工程/锻压/挤压成形领域。
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【背景技术】
[0003]剧烈塑性变形是制备超细(细)晶材料的主要方法，其基本方法是加工一个连通的垂直型腔和侧向型腔模具，垂直型腔和侧向型腔中心线的角度在90°左右，垂直型腔和侧向型腔的弯角处内圆角半径仅有0.5~2mm，在挤压过程中坯料产生巨大的剪切变形，等效应变达到了 0.8以上，使得坯料晶粒得以细化。典型剧烈塑性变形工艺是采用单个剪切变形的等径角挤压方法(Equal-Channel Angular Pressing、ECAP)、多个剪切变形的多道次通道等径角挤压方法(Mult1-pass ECAP)、往复式等径角挤压方法(Side-Extrus1n ECAP)。然而，现有的多种等径角挤压方法，一般是将模具和坯料加热至成形温度后，将坯料放置于模具的垂直型腔内，采用上冲头挤压坯料通过在弯角处的剧烈剪切变形完成，由于装置自身的限制，不适合于工业化连续生产。因此在工业领域，基于EACP的剧烈塑性变形工艺的应用有较大的限制。
[0004]迄今为止，在工业生产中，可以连续生产的剧烈塑性变形装置是DCAP工艺(Dissimilar-Channel Angular Pressing Process),该工艺的原理是米用两个或多个导轨轮和主辊为坯料定位，利用主辊和模具与坯料产生的摩擦力迫使坯料产生剧烈塑性变形，这种工艺方法适合于具有产生较大摩擦力的装置(如坯料与模具之间有较大的接触面)。类似的工艺还有共轭剪切工艺(Conshearing Process)和基于EACP的连续挤压工艺(ECAP -Conform Process)。对于超细(细)晶大尺寸棒材制备来说,这几种连续剧烈变形工艺均不适合，主要问题是接触面小，进给力不足以产生剧烈塑性变形。
[0005]
【发明内容】
[0006]本方法提供了适合于工业生产的超细(细)晶棒材制备连续剧烈塑性变形工艺，并提供了实现该工艺的装置。目的在于有效克服现有的适合连续生产的剧烈塑性变形装置中存在的问题，同时建立棒材等温剧烈塑性变形的方法。
[0007]本发明提供的一种制备超细(细)晶长棒材的成形装置，它由上模、上模加热电阻、下模、下模加热电阻、上固定块、传力杆、压料块、外置感应加热装置、送料轮组成；该装置的主要模块是:
(1)剧烈塑性变形装置，由上模、上模加热电阻、下模、下模加热电阻组成；
(2)坯料制退装置，由上固定块、导柱、压料块组成；
(3)多步送料装置，由送料轮配合伺服装置组成。
[0008]成形装置的运动特点是: (1)在上模向下运动后，多步送料装置停止送料，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态；
(2)在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，当制退装置压料块不与坯料产生接触后，多步送料装置向模腔内送料，送料长度为0.25~10_。
[0009]成形装置热环境特点是:坯料在送料过程中，采用外置感应加热装置对坯料进行局部加热；在变形前采用电阻加热方式，实现对上下模具的加热。
[0010]制备超细(细)晶长棒材的等温剧烈塑性变形工艺方法，其特征在于:
(1)剧烈塑性变形，在下模固定的情况下，依据上模在垂直方向的往复运动，保证了坯料(10)在进给过程中承受剧烈塑性变形；
(2)等温成形环境，上模加热电阻、下模加热电阻、外置感应加热装置使得模具、坯料在成形过程中温度差值小于50°C。
[0011]该成形装置安装在机械式压力机上，利用机械式压力机的垂直往复运动实现连续剧烈塑性变形。
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【附图说明】
图1为装置的总体结构，同时是为成形完成时各组件所处位置示意图图2为装置悬空时的各构件所处位置示意图图3为装置压料时的各构件所处位置示意图 5
【具体实施方式】
下面对照附图，对本发明的实施案例进行详细的说明。
[0013]图1为典型的连续剧烈变形装置，它由上模(I)、上模内置加热电阻(2)、下模(3)、下模加热电阻(4)、上固定块(5)、传力杆(6)、压料块(7)、外置感应加热装置(8)、送料轮组成(9)。其中上模(I)、上模加热电阻(2)、下模(3)、下模加热电阻(4)组成剧烈塑性变形装置；上固定块(5)、传力杆￠)、压料块(7)组成压料模块；送料轮组成(9)配置伺服控制系统组成送料装置。
[0014]成形过程:首先将上模运动到上限点(如图2所示)，由多步送料装置送料
0.5~5mm;在上模向下运动后，多步送料装置停止送料，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态(如图3所示);上模继续下行，使得坯料产生剧烈塑性变形(如图1所示);在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，上模达到上死点后，送料装置开始送料，重复新一轮的距离塑性变形。
[0015]实施案例I
原材料:Φ 80mm铝合金7A04棒材具体工序如下:
(1)首先将模具加热温度通过内置电阻加热至400°C;
(2)坯料由外置感应加热装置持续加热，最高温度至450°C，外置感应加热装置的加热功率由进给速率和坯料热物性参数确定；
(3)由多步送料装置送料，当坯料进入成形口0.5~5_后，多步送料装置停止送料；
(4)在上模向下运动后，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态；
(5)在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，当制退装置压料块不与坯料产生接触后，多步送料装置向模腔内送料，送料长度为0.5~5mm ；
(6)重复4~5步，完成7A04铝合金连续剧烈塑性变形。
[0016]实施案例2
原材料:Φ 80mm镁合金MB15棒材具体工序如下:
(1)首先将模具加热温度通过内置电阻加热至320°C;
(2)坯料由外置感应加热装置持续加热，最高温度至410°C，外置感应加热装置的加热功率由进给速率和坯料坯料热物性参数确定；
(3)由多步送料装置送料，当坯料进入成形口0.5~5_后，多步送料装置停止送料；
(4)在上模向下运动后，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态；
(5)在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，当制退装置压料块不与坯料产生接触后，多步送料装置向模腔内送料，送料长度为0.5~5mm ；
(6)重复4~5步，完成MB15镁合金连续剧烈塑性变形。
【主权项】
1.一种制备超细(细)晶长棒材的装置，它由上模、上模加热电阻、下模、下模加热电阻、上固定块、传力杆、压料块、外置感应加热装置、送料轮组成；其特质在于:上模、上模加热电阻、下模、下模加热电阻组成剧烈塑性变形装置；上固定块、导柱、压料块组成坯料制退装置；送料轮配合伺服装置组成多步送料装置。
2.一种如权利要求1所述的制备超细(细)晶长棒材的制备装置，其特征在于:在上模向下运动后，多步送料装置停止送料，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态；在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，当制退装置压料块不与坯料产生接触后，多步送料装置向模腔内送料，送料长度为0.5~5mm。
3.—种如权利要求1所述的制备超细(细)晶长棒材的制备装置，其特征在于，坯料在送料过程中，采用外置感应加热装置对坯料进行局部加热，形成等温成形环境。
4.一种如权利要求1所述的制备超细(细)晶长棒材的装置，其特征在于:该成形装置安装在机械式压力机以及其他有固定往复运动装置得设备上。
5.—种制备超细(细)晶长棒材的等温剧烈塑性变形工艺方法，其特征在于:(I)剧烈塑性变形，在下模固定的情况下，依据上模在垂直方向的往复运动，保证了坯料在进给过程中承受剧烈塑性变形；(II )等温成形模具，上模加热电阻、下模加热电阻、外置感应加热装置使得模具、坯料在成形过程中温度差值小于50°C。
6.一种如权利要求5所述额制备超细(细)晶长棒材的等温剧烈塑性变形工艺方法，其特征在于:采用7A04铝合金棒材，其变形过程为:(I)首先将模具加热温度通过内置电阻加热至400°C ；⑵坯料由外置感应加热装置持续加热，最高温度至450°C，外置感应加热装置的加热功率由进给速率和坯料热物性参数确定；(3)由多步送料装置送料，当坯料进入成形口 0.5~5_后，多步送料装置停止送料；(4)在上模向下运动后，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态；(5)在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，当制退装置压料块不与坯料产生接触后，多步送料装置向模腔内送料，送料长度为0.5~5mm ；(6)重复4~5步，完成7A04铝合金连续剧烈塑性变形。
7.一种制备超细(细)晶长棒材的等温剧烈塑性变形工艺方法，其特征在于:采用MB15镁合金棒材，其变形过程为:(I)首先将模具加热温度通过内置电阻加热至320°C ; (2)坯料由外置感应加热装置持续加热，最高温度至410°C，外置感应加热装置的加热功率由进给速率和坯料坯料热物性参数确定；(3)由多步送料装置送料，当坯料进入成形口 0.5~5mm后，多步送料装置停止送料；(4)在上模向下运动后，制退装置压料块也随上模下运动并先于上模接触到坯料，在变形前对坯料施加一定的压力，使得坯料的未变形区处于相对静止状态；(5)在上模挤压完坯料后，上模和制退装置压料块同时向上运动，当制退装置压料块不与坯料产生接触后，多步送料装置向模腔内送料，送料长度为0.5~5_。
【专利摘要】超细（细）晶棒材制备工艺及其装置，属于金属塑性成形领域,具体的说为了获得超细（细）晶棒材，发明了一套等温连续剧烈塑性变形工艺，其特征在于等温连续剧烈变形装置及其流程控制。本工艺有效解决了现有等径角挤压工艺只能制备长度较小的坯料，适合采用挤压棒材作为坯料，制备具有超细（细）晶长棒材，可用于工业化连续生产。
【IPC分类】B21C29-04, B21C29-00, B21C23-08, B21C25-02
【公开号】CN104525598
【申请号】CN201410750190
【发明人】林军, 陈强, 夏祥生, 舒大禹, 康凤, 黄树海, 胡传凯, 赵祖德
【申请人】中国兵器工业第五九研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月10日