[发明专利]制备大块均匀超细晶材料的镦压方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料加工技术领域的方法，尤其是一种制备大块均匀超细晶材料的镦压方法。

背景技术

近年来，采用大应变直接制备块体超细晶材料的大塑性变形技术(SeverePlastic Deformation，SPD)得到了快速的发展。但是，块体材料的组织均匀性、工艺的可控性和细化能力一直是大塑性变形技术的主要问题。

经对现有技术的文献检索发现，郭强等人在《金属学报》(2006，42(7)：739-744)上发表的“多向锻造工艺对AZ80镁合金显微组织和力学性能的影响”一文中，介绍了多向锻造工艺对AZ80镁合金组织和力学性能的影响。通过多向锻造工艺，获得了组织均匀，晶粒尺寸为1～2μm的AZ80镁合金。但是，该工艺的缺点是，锻造采用自由锻方式，试样放在上下平砧之间，这样每道次的变形量不能大，变形后材料形状会发生中间胀大，不利于下道次的变形。因此，自由锻方式的多向变形细化能力受到限制，变形过程较难控制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种制备大块均匀超细晶材料的镦压方法，使其操作简单，成本低廉，制备大块均匀的超细晶材料，易于工业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过设计上型腔和下型腔的形状，使待加工材料通过上型腔和下型腔每道次镦压变形后，将材料自动恢复为变形前形状以实现多道次变形，镦压变形中材料基本处于三向压应力状态下变形，有利于充分发挥材料的塑性变形能力而没有产生裂纹的危险，从而制备出大块均匀的超细晶材料。

本发明具体包括以下步骤：

第一步，将待加工材料放入由挤压冲头和上模组成的上型腔中，在挤压冲头的作用下，材料高度方向受镦尺寸减小而被逐渐压入由上模和下模组成的下型腔中，直到所有材料完全进入下型腔中，第一道次镦压变形结束，变形后的材料自动恢复为变形前的形状。

第二步，将挤压冲头退回，打开固定上模和下模的销钉取出第一步恢复为变形前形状的材料，将该材料重新放入上模与挤压冲头组成的上型腔中，进行第二道次变形；

第三步，反复以上过程，就可以实现无限大应变。

所述材料自动恢复为变形前的形状，具体为：上型腔采用竖直的长方体，下型腔可以采用圆柱体或者长方体，则每道次镦压变形后的材料为圆柱体或者长方体，如果下型腔是长方体，变形前材料的高度、宽度和长度尺寸在变形后分别成为长度、高度和宽度尺寸，如果下型腔是圆柱体，变形前的直径变形后成为高度，这样通过上型腔和下型腔变形后的材料自动恢复为原来的形状。对于长方体材料，通过改变变形方向可以实现多向镦压变形。

所述上型腔为一高度和长度尺寸大而宽度尺寸小的竖直长方体。

所述下型腔为长方体时，其高度和宽度分别等于上型腔的宽度和长度，下型腔的长度小于上型腔的高度。

所述下型腔为圆柱体时，其高度等于上型腔的宽度，下型腔的直径等于上型腔的长度而小于上型腔的高度。

所述待加工材料为块体金属、粉末或高分子材料等。

与现有技术相比，本发明将每次变形后的材料自动恢复为变形前形状以实现多道次变形，其特点是每道次变形量大、多道次变形导致所制备材料组织均匀、晶粒细小。一般可以制备出大块的组织均匀的平均晶粒尺寸范围为100nm-1μm的超细晶材料。且所用的模具结构简单、加工容易、实用面广，可以用于块体金属、粉末或高分子材料等的组织超细化，易于工业应用。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下实施例采用的装置包括：挤压冲头、上模、下模。上模和挤压冲头构成上型腔，上模和下模构成下型腔并通过销钉定位和固定。所述上型腔采用竖直的长方体，下型腔可以采用圆柱体或者长方体。所述下型腔为长方体时，其高度和宽度分别等于上型腔的宽度和长度，下型腔的长度小于上型腔的高度。所述下型腔为圆柱体时，其高度等于上型腔的宽度，下型腔的直径等于上型腔的长度而小于上型腔的高度。