[发明专利]利用挤镦连续制备颗粒增强铝基复合材料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒增强铝(合金)复合材料，尤其涉及利用挤镦连续制备颗粒增强铝基复合材料的方法及装置。

技术背景

针对传统材料存在的缺点，从材料内部组织、结构和材料性能的关系入手，研究传统材料的改造和新型材料的开发应用已愈来愈重要。提高材料的性能大多集中在晶粒的细化，合金材料在获得超细组织后，其物理、力学性能往往得到显著提高。晶粒细化至亚微米级或纳米级别时，材料表现出一些超常的性质。细化材料的组织有许多方法，冶金学方法(如通过合金化细化晶粒)、快速凝固、热处理方法和热机械加工及复合材料等。然而，这些研究或多或少有一些技术瓶颈没有突破。

通过普通热挤压手段在一定程度上也能细化晶粒，但随着挤压道次的增加，材料的径向尺寸越来越小，因此变形程度受限；同时通过普通热挤压不能得到均匀的变形和获得各向同性的块体材料。

采用强烈塑性变形技术细化晶粒，提高材料性能的方法是目前发展的热点，高挤压比挤压(High Extrusion Ratio Extrusion)、震动冲击(Shock Loading)、高压扭转(Torsion Under Compression)、等截面角型挤压(Equal Channel AngularPressing)、叠轧(Accumulative Roll Bonding)、轧制热机械处理(Rolling TypedThermomechanical Treatment)等都是强烈塑性变形方法的代表，采用这些方法可以获得具有亚微米或纳米晶组织。但是都各有特点，比如为了获得大的变形量，高压扭转加工薄片状试样，但加工后的组织不均匀，使其应用受到限制。等截面角型晶粒细化方法是一种实用有效的方法，加工过程中试样形状始终可保持不变，因而可以反复变形产生大的应变，获得均匀致密的组织，并能够加工大体积试样。但等截面角型挤压单次变形量较小，其挤压一次时产生的应变最大值近似为1。更为重要的是，所有现有的工艺方法都无法实现大变形条件下材料的连续制备。

复合材料的制备过程中也常采用粉末冶金、熔渗或自生等手段，其中粉末冶金、熔渗的工艺复杂，成本较高，自生的方法较难获得组织均匀的复合材料。因此在复合材料的制备过程中常伴随使用挤压或其他手段以细化组织。

因此，需要一种新的装置及新的工艺方法来制备晶粒细化的金属基复合材料，提高材料综合性能。而且可以连续生产，实现工业化流程。

在本发明完成之前，北京机电研究所超塑技术研究室的陆文林的文章(《热加工工艺》2001年第2期10-12页)“采用沙漏挤压工艺制备超细晶材料”中介绍的沙漏挤压工艺示意图及陆文林的另一篇文章(《塑性工程学报》第7卷第4期1-4页)“沙漏挤压镦粗复合加工技术”中沙漏挤压工艺原理示意图及制成中提到：挤压桶固定，顶杆A、B向f方向同步运动时，试样在型腔A中受到挤压变形，在型腔B受到镦粗变形。当试样向这个方向变形完毕后，顶杆A、B可以再向相反的方向同步运动，试样再次发生挤压、镦粗变形或顶杆固定，两侧的挤压桶往复运动实现沙漏挤压工艺，对于具体模具的工作方式及是否是单缸压力机并没有涉及；台湾葉均蔚的发明专利，“改善合金材料性质之方法及装置与其产品”，第0082100065号(专利公告号：00245662，国际专利分类号：B21B 23/00，公告日期：1995年04月21日)及“往復式擠壓成型方法及其加工装置”，第129012號(专利公告号：00424013，国际专利分类号：B21C 23/24，公告日期：2001年03月01日)中的方法及装置均采用两个挤压缸体挤压方式，即水平两个挤压缸同步动作，一边的缸体向右运动时另一边的缸体同步同速度向左运动，然后相反方向运动，从而往复挤压，但不能实现单缸压力机的往复挤压。因此，以上方法及装置都未涉及单缸压力机的往复挤压装置及加工工艺。更没有实现挤镦连续复合材料的制备技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够在单缸压力机上(立式或卧式)实现在获得大变形条件下制备颗粒增强铝基及颗粒增强铝合金基复合材料的连续制备原理、工艺与装置，从而得到均匀的等轴晶及各向同性的细晶复合材料型材。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：