[实用新型]一种制备变通道超细晶铜铝线材的装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料铜铝的超细晶制备和微塑性加工领域，具体是一种铜铝线材变通道拉拔装置。 

背景技术

晶粒尺寸1～1000nm块体超细晶材料具有优异的物理和力学性能，是材料领域研究的热点之一。大塑性变形法(Severe Plastic Deformation，SPD)是目前最受关注制备超细晶材料的成形方法，其主要有高压扭转法(High Pressure and Torsion，HPT)、等径角挤压变形法(Equal Channel Angular Pressing，ECAP)、叠层轧合法(Accumulative Roll Bonding，ARB)、反复折皱-压直法(Repetitive Corrugation and Straightening，RCS)和多向锻造法(Multi Directional Forging，MDF)等技术。HPT通过转动冲头来扭转模具中的被施以GPa级的高压试样样品在高压力冲头高速旋转产生的摩擦力和剪切力的共同作用下，制得纳米块体材料。ECAP是一种块体材料在具有一定夹角型腔的模具通过挤压以纯剪切方式实现大塑性变形的金属成形工艺。上海交通大学在公开号分别为CN101259493、CN1709605、CN2757953、CN2757954和CN2768921的专利申请中提出的制备超细晶材料所用的L形、U形、C形、S形转角往复挤压模具和反复镦粗挤压模具仅仅是ECAP装置的改进。ARB将原始板材经表面处理后双层堆垛，加热后在轧机上轧焊在一起，然后从中间剪开送回表面处理后再进行下次轧焊循环。MDF用上下砧对试样反复的进行多方向的镦粗拉拔过程实现材料晶粒度细化的自由锻工艺。公开号分别为CN101117694和CN201186305的发明专利申请中提出的镦压装置和公开号分别为CN201088982和CN201338093的专利申请中提出的反复挤压装置都是利用模具反复压缩的MDF装置的改进。西北工业大学在公开号为1446935的专利申请中提到的SPD超细晶材料制备装置和HPD的装置很相似，具体是有一定的压力和转速的扭头在材料上实现相对横向移动使金属晶粒破碎细化的方法。西北工业大学在公开号为CN201371172和CN101823085A的专利申请中提出的一种新型SPD制备超细晶的由圆截面变为椭圆截面，再由椭圆截面变为圆截面的型腔变通道挤压模具。 

由此可见目前的大塑性成形装置尚不成熟，不适合批量反复工艺过程，所用设备昂贵且对设备要求也极高，加工成本大，工艺过程复杂，难以满足微塑性成形批量生 产的需要。如何设计出一套先进简便的装置制备超细晶材料，以满足实际科研和生产的需要是材料研究所面临的挑战和发展趋势。 

发明内容

本发明提出的制备变通道超细晶铜铝线材的装置包括模具、导向轮、换向轮、加热冷却组件和拉拔组件。模具由模芯和模套组成，模套的内径等同于模芯的外径。模芯是分为两瓣的中空圆柱体，其内腔为一由圆截面变为椭圆截面、再由椭圆截面变为圆截面的圆滑过渡变截面形状的型腔；模芯固定在模套内。 

模芯的型腔分为第一引导段、变形段和第二引导段；模芯型腔的第一引导段为圆形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为1.1倍铜铝线材的直径，与变形段相邻处的内圆直径等同于铜铝线材的直径；第一引导段的长度为0.5倍铜铝线材的直径；变形段的型腔为变截面，包括圆-椭圆过渡通道、椭圆转角过渡通道和椭圆-圆过渡通道，其中， 

圆-椭圆过渡通道与第一引导段相接；圆-椭圆过渡通道型腔的截面由第一引导段的圆形逐渐光滑过渡为椭圆形，并且圆-椭圆过渡通道型腔的椭圆形截面的面积等同于圆形截面的面积；圆-椭圆过渡通道椭圆形截面的长短轴之比为1.4∶1～1.8∶1，长度为0.5～0.8倍铜铝线材直径。 

椭圆转角过渡通道一端与圆-椭圆过渡通道相接，另一端与椭圆-圆过渡通道相接。椭圆转角过渡通道型腔的截面为椭圆形，并且该椭圆转角过渡通道的椭圆形型腔绕模芯中心轴线光滑扭转，使椭圆转角过渡通道两端的椭圆形截面旋转60～90°。椭圆转角过渡通道的长度为0.8～1倍铜铝线材的直径。 

椭圆-圆过渡通道与第二引导段相接；椭圆-圆过渡通道型腔的截面由椭圆转角过渡通道的截面椭圆形逐渐光滑过渡为第二引导段的圆形，并且圆形截面的面积等同于椭圆-圆过渡通道型腔的椭圆形截面的面积；长度为0.5～0.8倍铜铝线材的直径。