[发明专利]一种金属细晶材料挤压方法、挤压模具及应用

说明书

技术领域

本发明属于塑性加工领域，具体涉及一种金属细晶材料挤压方法、挤压模具及应用。

背景技术

在挤压过程中材料受三向压应力，可以显著提高塑性。挤压金属铸锭从外向内分为：细晶等轴区、柱状晶区和粗等轴区，因而采用传统挤压工艺时，受初始组织的影响，挤压型材组织粗细不均匀，力学性能不高。挤压比是指挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比，也称为挤压系数，挤压比是挤压生产中用于表示金属变形量大小的参数。一般热挤压过程挤压比控制在40-80范围。采用传统的一次成形挤压方法，也不宜采用特别大的挤压比(超过100)，因为随着挤压比的增大，所需的挤压力也变大，模具的磨损加快，容易损坏。在挤压比较小的情况下，采用挤压工艺无法显著的细化晶粒，力学性能提升效果不明显。

目前，铝合金挤压加工费大约1000/吨-2000/吨不等，一次挤压生产效率高，多次重复挤压会明显增加生产成本，成本是单次挤压成本的多倍，与挤压次数成正比。此外，单次挤压会使材料出现组织不均匀，型材表面晶粒细，内部晶粒相对粗大(微米尺度)的问题。

发明内容

本发明的目的是采用一种金属细晶材料挤压制备方法，弥补传统挤压方法的不足。通过对坯料的多次重复挤压，提高材料累积变形程度，达到大塑性变形的目的，从而实现晶粒细化，提高材料的力学性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

多次重复挤压方法在金属细晶材料制备中的应用。

一种金属细晶材料挤压制备方法，包括如下步骤：

1)将金属坯料热挤压成设定形状的中间坯料；

2)将n段等长的中间坯料组合成新坯料后，重复步骤1)的过程，重复设定次数后，得到目标金属细晶坯料。

优选的，步骤1)中的金属材料为铝合金、镁合金、锌合金或铜合金。

优选的，步骤1)中，中间坯料的形状为扇形或等边三角形；扇形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数；等边三角形的顶角的角度为360°/m，m为大于3的整数。

优选的，所述金属坯料横截面的形状为圆形或多边形。优选为圆形或正多边形，正多边形的边数大于5。

圆柱形坯料在挤压过程中，金属直接向前移动。三角的或者方形的坯料在挤压过程中，金属会向四周流动，充满挤压筒之后，才会继续向前移动。

金属向四周流动会导致以下问题：

1)有可能导致几个组合的中间坯料之间相互错开，导致变形不均匀；

2)不可避免地会导致坯料的部分内部金属流到表面(类似于揉面)和挤压筒接触，有可能导致摩擦力增大，消耗掉挤压力，使得挤压力增大，浪费能源。

截面为多边形的坯料形状接近圆，也可作为优选的方案。

优选的，步骤2)中，中间坯料组合成新坯料时，切去前端焊合不好的材料。

由于是正挤压，所以前段变形较小，会焊合不好，变形小，晶粒细化效果就不好。焊合不好，表现就是前段有裂纹，不会是整体材料有裂纹，所以要将焊合不好的部分切掉。

优选的，步骤2)中，中间坯料组合成新坯料之前进行加热保温，加热温度高于挤压材料的再结晶温度，保温的时间为0.5-1h。

加热保温为了材料加热均匀，因为整个挤压过程是热挤压；加热时间较短是为了防止细化的晶粒在加热过程中粗化。

上述金属细晶材料挤压制备方法使用的挤压模具，其出料口的形状为扇形或等边三角形；扇形的圆心角为360°/n，n为大于3的整数；等边三角形的顶角的角度为360°/m，m为大于3的整数。

所述的挤压模具在金属细晶材料挤压中的应用。

现有技术没有将挤压后的材料进行组合后再次挤压的技术，因为挤压之后，坯料的截面会变小，无法进行组合。如果是圆的细棒、三角或者方棒组合挤压过程中，一方面会产生很多新的金属面，增大坯料与挤压筒接触，增大摩擦力，不利于进行挤压，或者会将金属黏到挤压筒壁上，造成材料的浪费，需要对挤压筒进行不断清洗。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的方法将金属坯料多次挤压加工，通过把挤压后的棒材(扇形截面、三角形截面)组合成圆棒或正多边形棒，进行挤压，这样一方面可以显著的进一步细化晶粒，另一方面挤压出的棒材不同位置(表面，内部)的晶粒通过挤压进一步均匀，使表面和内部晶粒到达相同的尺度。提高了材料累积变形程度，可以有效细化晶粒，从而提高最终挤压产品的力学性能。

2、通过不同道次的挤压可以得到不同的晶粒度，到达控制材料性能的目的，既可以实现大塑性变形，又可以生产工业化应用的产品。