[发明专利]电致塑性变断面转角挤压制备细晶的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性加工领域，涉及电致塑性变断面转角挤压制备细晶的装置及其方法。

背景技术

大塑性变形技术(SPD)作为一种能够有效细化晶粒，提高材料力学性能的深度塑性变形方法，在制备细晶材料方面具有明显的优势，目前，受到科学界青睐的大塑性变形技术有等通道转角挤压技术(ECAP)、往复挤压技术(CEC)、高压扭转变形技术(HPT)等，这些制备细晶材料的方法得到了广泛应用。上述大塑性变形方法还存在着诸多问题，需要加以克服。ECAP在制备的细晶材料存在着织构倾向，试样在变形过程中，变形区较小，挤压道次较多等问题。CEC、HPT制备细晶材料时，因为模具需要承受的压力过大，因为制备的材料尺寸较小。往复挤压过程中，由于工件受到约束，因而易开裂。近年新出连续变断面循环挤压技术(CVCE)，连续变断面循环挤压过程中，工件变形量较小，易造成晶粒大小分布不均匀。

在金属塑性变形的过程中，在材料变形的方向辅助以电流，电流会位错施加电子风力作用，从而促进位错的运动，降低材料的变形抗力，及提高材料的塑性(成型性)，这个现象称为电致塑性现象。国内外研究表明，电致塑性可以达到细化晶粒，提高材料塑性和强度的效果，较少变形过程中的裂纹等缺陷，使得成型性更好。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种电致塑性变断面转角挤压制备细晶的装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

电致塑性变断面转角挤压制备细晶的装置，包括模具和挤压杆，所述装置还包括加电装置，所述模具内设置有圆柱体模腔和圆台体模腔；圆柱体模腔和圆台体模腔相连通，二者连接位置形成转角；挤压工件在挤压杆的作用下，在圆柱体模腔和圆台体模腔内往复运动；加电装置用于对挤压工件施加电流。

具体地，所述加电装置包括电源和变压器，二者通过导线连接，二者连接形成的电路的两端均与所述挤压工件连接。

进一步地，所述装置还包括导电挤压装置，所述加电装置一端通过导电挤压装置与所述挤压工件连接。

具体地，所述导电挤压装置包括第一导电挤压杆，第一导电挤压杆与所述圆台体模腔配合使用，第一导电挤压杆的两端分别连接所述挤压工件和加电装置。

进一步地，所述导电挤压装置还包括第二导电挤压杆和压力器，第二导电挤压杆的两端分别连接压力器和所述挤压工件，压力器连接所述的加电装置。

进一步地，其特征在于，所述转角的外角Ψ的大小为0°-18°。

进一步地，所述转角的内角Φ的半径大小为0-9mm,所述内角Φ的大小为94°-97°。

进一步地，所述圆台体模腔的锥度α的大小为5°-7°。

进一步地，加电装置中通过的电流大于10⁶A/m²。

应用所述的电致塑性变断面转角挤压制备细晶的装置进行挤压的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，开启加电装置，对挤压工件施加电流；

步骤2，将挤压工件放置在圆柱体模腔内，利用挤压杆对挤压工件进行挤压，挤压工件在压力作用下经过转角进行转角变形后，到达圆台体模腔，在圆台体模腔内形成圆台体；

步骤3，将装置逆时针旋转90°，利用挤压杆对圆台体模腔内的挤压工件进行挤压，挤压工件经过转角进行转角变形，进入圆柱体模腔中，成型为圆柱体；

步骤4，将挤压工件取出，并首尾颠倒，重复步骤1～3，则挤压过程结束。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明的装置将圆柱体模腔和圆台体模腔相结合，即将挤压工件的纯剪切变形和挤压工件的墩粗变形相结合，不仅使得挤压工件的晶粒细化的效率和均匀性得到提高，并且使得在变形过程中诸如容易开裂、易出现鼓型及表层缺陷等纯剪切变形和墩粗变形的缺陷消失。

2、本发明的装置在一次挤压过程中，挤压工件始终处于模具当中，可以减少挤压工件的热能损失，同时可以确保变形过程中没有其他的脏物被压入挤压工件中。

3、本发明的装置设置转角，目的在于使得挤压工件在转角完成后晶粒得到一定程度的细化，随之进行变断面变形，挤压工件在圆柱体模腔内完成第一次变形之后，在转角处受到连续的整体性压力，使得在剪切应力下的挤压工件受到的挤压变形力更加均匀，使得晶粒细化程度提高并且更加均匀。