一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法
阅读说明：本技术 一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法 (Extrusion-ECAP Extrusion deformation device and method for preparing fine-grained material ) 是由 丁雨田 高钰璧 张鸿飞 郭廷彪 陈建军 王兴茂 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法,下模(2)内设有用于放置材料的挤压筒(3),上模(1)底部设有用于从挤压筒(3)顶部开口端插入并将材料从挤压筒(3)底部出口端挤出的凸模(4),所述下模(2)还包括位于下模(2)内的等径挤出通道(5)；挤压筒(3)底部出口端与挤出通道(5)入口端对接,挤出通道(5)中部的折角(7),且挤出通道(5)出口端在下模(2)外壁形成出口。方法步骤为：(1)往挤压筒(3)内壁及金属棒材胚料表面涂一层润滑剂,将棒材放入挤压筒(3)内；(2)对棒材进行挤压,在通过挤出通道(5)中部的折角(7)时发生变形；(3)进行退火处理,得到细晶材料。(An Extrusion-ECAP Extrusion deformation device and a method for preparing fine-grained materials are disclosed, wherein an Extrusion cylinder (3) for placing materials is arranged in a lower die (2), a male die (4) for inserting the materials from the open end of the top of the Extrusion cylinder (3) and extruding the materials from the outlet end of the bottom of the Extrusion cylinder (3) is arranged at the bottom of an upper die (1), and the lower die (2) further comprises an equal-diameter Extrusion channel (5) positioned in the lower die (2); the outlet end of the bottom of the extrusion container (3) is in butt joint with the inlet end of the extrusion channel (5), the bevel (7) in the middle of the extrusion channel (5) is formed, and the outlet end of the extrusion channel (5) forms an outlet in the outer wall of the lower die (2). The method comprises the following steps: (1) coating a layer of lubricant on the inner wall of the extrusion cylinder (3) and the surface of the metal bar stock, and putting the bar into the extrusion cylinder (3); (2) extruding the bar, and deforming when passing through a bevel (7) in the middle of the extrusion channel (5); (3) and carrying out annealing treatment to obtain the fine-grained material.)
技术领域
本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法。
背景技术
通过对材料进行变形处理进行晶粒细化是一种显著提高材料强度与塑性的方法。现有技术主要有以下两种：
（1）挤压变形工艺：
通过对材料进行挤压产生塑性流动，从而改善材料的组织和力学性能。挤压变形后可以获得满足工程使用的一定长度的材料，但是挤压变形后晶粒细化效果不稳定，因此得到的材料强度与塑性不能满足使用要求。
（2）等径通道挤压工艺（ECAP）：
材料在挤压的过程中材料的直径不发生改变，只是在模具的转角处发生强烈剪切变形，因此通过ECAP对材料进行大塑性变形可以获得超细晶粒的材料。但是通过这种方法得到的材料长度一般比较短，受到模具的限制，因此在工程领域不能得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法。
本发明是一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法，本发明的一种Extrusion-ECAP挤压变形装置，包括上模1、下模2，下模2内设有用于放置材料的挤压筒3，上模1底部设有用于从挤压筒3顶部开口端***并将材料从挤压筒3底部出口端挤出的凸模4，所述下模2还包括位于下模2内的等径挤出通道5；其中所述挤压筒3底部呈口径逐渐变小的漏斗形6，该挤压筒3底部出口端与挤出通道5入口端对接，挤出通道5中部的折角7，且挤出通道5出口端在下模2外壁形成出口。
使用以上所述Extrusion-ECAP挤压变形装置，本发明的制备细晶材料的方法，其步骤为：
（1）往Extrusion-ECAP挤压变形装置的挤压筒3内壁及金属棒材胚料表面涂一层润滑剂，将棒材放入挤压筒3内；
（2）控制凸模4以设定的挤压速度对棒材进行挤压，受挤压的棒材进入挤出通道5时发生挤压变形，且在通过挤出通道5中部折角7时发生ECAP变形；
（3）将挤压变形后的材料取出后进行退火处理，得到细晶材料。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
（1）通过本发明方法得到的材料晶粒尺寸细小，通常可达1μm以下，在大幅度提高材料强度的同时也保证了材料的塑性；
（2）本发明方法可以得到在长度方向尺寸较大的材料，以更多满足工程应用方面对于材料的要求。
附图说明
图1是本发明Extrusion-ECAP挤压变形装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
本发明是一种Extrusion-ECAP挤压变形装置及制备细晶材料的方法，如图1所示，本发明的一种Extrusion-ECAP挤压变形装置，包括上模1、下模2，下模2内设有用于放置材料的挤压筒3，上模1底部设有用于从挤压筒3顶部开口端***并将材料从挤压筒3底部出口端挤出的凸模4，所述下模2还包括位于下模2内的等径挤出通道5；其中所述挤压筒3底部呈口径逐渐变小的漏斗形6，该挤压筒3底部出口端与挤出通道5入口端对接，挤出通道5中部的呈折角转弯设置的折角7，且挤出通道5出口端在下模2外壁形成出口。
如图1所示，以上所述的Extrusion-ECAP挤压变形装置，所述下模1由对称的左下模和右下模拼装构成；其中，所述挤出通道5对称设置在左下模和右下模上。
如图1所示，以上所述的Extrusion-ECAP挤压变形装置，所述上模1还包括上模固定板8、凸模板9、上模定位板10；其中凸模4底部配合上模定位板10固定在凸模板9上，凸模板9固定在上模固定板8上。
如图1所示，以上所述的Extrusion-ECAP挤压变形装置，所述下模2还包括下模固定板11；其中，下模2底部固定在下模固定板11上。
使用以上所述Extrusion-ECAP挤压变形装置，本发明的制备细晶材料的方法，其步骤为：
（1）往Extrusion-ECAP挤压变形装置的挤压筒3内壁及金属棒材胚料表面涂一层润滑剂，将棒材放入挤压筒3内；
（2）控制凸模4以设定的挤压速度对棒材进行挤压，受挤压的棒材进入挤出通道5时发生挤压变形，且在通过挤出通道5中部的折角7时发生ECAP变形；
（3）将挤压变形后的材料取出后进行退火处理，得到细晶材料。
以上所述的Extrusion-ECAP制备细晶材料的方法，在步骤（1）中，所述金属棒材胚料在放入挤压筒3之前经过均匀化处理。
在本发明中，通过将挤压变形工艺与ECAP工艺相结合，得到一种Extrusion-ECAP工艺，使材料在经历一次挤压变形后紧接着进行ECAP变形，在这个过程中材料的晶粒尺寸得到显著细化，在提高材料强度的同时也增加了其塑性，而且得到的产品长度尺寸可调节的范围比较大，使模具对产品尺寸的影响大幅度减小，可以满足更多的工程应用的需求。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明的装置包括上模1、下模2，下模2内设有用于放置材料的挤压筒3，上模1底部设有用于从挤压筒3顶部开口端***并将材料从挤压筒3底部出口端挤出的凸模4；所述下模2还包括位于下模2内的等径挤出通道5；其中，所述挤压筒3底部呈口径逐渐变小的漏斗形6，该挤压筒3底部出口端与挤出通道5入口端对接，挤出通道5中部的呈折角转弯设置的折角7，且挤出通道出口端在下模外壁形成出口。
在本实施例中，更具体的，所述下模2由对称的左下模和右下模拼装构成；其中，所述挤出通道5对称设置在左下模和右下模上。
在本实施例中，更具体的，所述上模1还包括上模固定板8、凸模板9、上模定位板10；其中，凸模4底部配合上模定位板8固定在凸模板9上，凸模板9固定在上模固定板8上。
在本实施例中，更具体的，所述下模还包括下模固定板11；其中，下模2底部固定在下模固定板11上。
在本实施例中，折角7的角度没有具体及最优要求，转角处使材料可以发生剪切变形即可。此处弯折和转角半径有关，可以设定为，外转角半径比内转角半径大一个通道直径距离。
在本实施例中，物料添加到挤压筒3中，配合凸模4将物料压入挤出通道5内，在物料从挤压筒3进入到挤出通道5的过程中，由于挤出通道5的直径变小，物料被挤压变形；在物料通过挤出通道5的折角7转弯处时，物料发生剪切变形（ECAP），并最终得到所需的合金材料。
实施例2：
（1）在有氩气保护的真空感应熔炼炉中进行熔炼，然后浇铸得到合格的镁合金锭；
（2）将热处理炉升温至400℃左右后放入镁合金锭，保温12h，进行均匀化热处理，消除显微偏析；
（3）将料随热处理炉冷却至室温，然后机加工成挤压坯料；
（4）将挤压坯料进行预热至250℃，在坯料表面与挤压筒内表面涂上润滑剂，随后将坯料放入挤压筒内进行挤压，使坯料发生挤压变形与ECAP变形，得到Φ8mm×100cm的棒材，挤压温度为250℃，挤压速率为4mm/s，挤压比为25；
（5）将挤压得到的棒材进行固溶退火，退火工艺为410℃保温12h，空冷；
（6）对所得到的棒材进行酸洗，清除表面杂质、氧化皮等，得到晶粒细小的的合金材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。