[发明专利]一种制备块体超细晶材料的反复挤镦模具与方法

说明书

本发明公开了一种制备块体超细晶材料的反复挤镦模具与方法，属于金属塑性加工技术领域。反复挤镦模具包括上挤压头、下挤压头、凹模、凹模预应力圈、垫板、上压平凸模、下压平凸模。上挤压头和下挤压头放置于凹模通道中，下挤压头上端开设有梯形凹槽，上挤压头下端开设有相同的梯形凹槽，工件位于上挤压头和下挤压头之间。采用该装置的制备块体超细晶材料的方法为：上挤压头下行，将工件压入上挤压头和下挤压头的凹槽中，取下两个挤压头，更换上上压平凸模和下压平凸模，将工件压回到原来的形状。重复上述过程即可细化材料组织。该模具结构简单，加工方便，易于操作，在常规压力加工设备上即可实现，能在材料中获得均匀变形，适用材料范围广。

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地说，是一种制备块体超细晶材料的反复挤镦模具与方法。

背景技术

超细晶材料一般是指晶粒尺寸在亚微米级（100nm~1000nm）或纳米级（＜100nm）的材料，由于组织细化，晶界占比增加，使超细晶材料表现出良好的强度、耐磨性、抗疲劳性能以及低温或高应变速率超塑性，同时具有良好的物理、化学以及生物性能等，可以充分挖掘材料潜能，在航空航天、国防、机械、生物医疗等领域有重要的应用前景。

剧烈塑性变形技术（SPD）是实现材料组织超细化的有效方法，其主要特点是在几乎不改变工件形状和尺寸的情况下通过反复变形逐渐在材料内部累积足够大的应变，细化材料组织。目前研究较为广泛的剧烈塑性变形技术包括等径角挤压技术（ECAP）、高压扭转技术（HPT）、反复挤压技术（CEC）、累积反挤压（ABE）以及反复镦压技术（CCDC）等。

经过对现有技术文献的检索发现，S. M. Fatemi-Varzaneh等人在《MaterialsScience and Engineering A》（2009，504：104-106）上发表的“Accumulative backextrusion (ABE) processing as a novel bulk deformation method”一文中首次提出了累积反挤压（ABE）技术，通过采用一对相互配合的实心和空心压头实现块体材料反复反挤压，实现材料组织细化。然而该方法中实心和空心压头侧表面均需平行于压头轴线，材料流过压头下端面与侧表面的转角时易于产生剧烈的剪切集中，对于材料室温变形难度较大，目前主要用于镁合金的热挤压，而且容易在实心压头下端形成“倒三角”状的变形死区。

进一步的检索发现，中国发明专利授权号CN102766832B，发明了一种镁合金块的双向反复挤压增强方法，从两个方向对工件进行反复挤压变形，但该方法需要专用反复挤压设备，且挤压头与挤压环一直反向运动，对设备要求高。

发明内容

针对现有背景技术的不足，本发明的目的是提供一种制备块体超细晶材料的反复挤镦模具与方法。

本发明通过交替使用两个带梯形凹槽的挤压凸模和压平凸模，使块体工件在不取出凹模的情况下方便地实现双向挤压与镦压，经挤压与镦压后工件形状与尺寸与变形前一致，可进行多道次变形。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种制备块体超细晶材料的反复挤镦模具，包括上挤压头、下挤压头、凹模、凹模预应力圈、垫板、上压平凸模、下压平凸模；所述的凹模沿竖直中心开设有一贯穿通道，该通道横截面为长方形，凹模外设有凹模预应力圈，凹模与凹模预应力圈放置在垫板上；所述的下挤压头横截面形状为长方形，其上端开设有横向贯通的梯形凹槽，所述的下挤压头放置于凹模的方形通道里面；所述的上挤压头横截面形状为长方形，其下端开设有横向贯通的梯形凹槽，所述的上挤压头放置于凹模的方形通道里面；所述的工件为一长方体，放置于凹模的通道中，置于上挤压头和下挤压头之间，上挤压头下压，长方体工件将变为上下带梯形凸台的形状；所述的上压平凸模为一长方体，下压平凸模也是一长方体，上述带梯形凸台形状的零件置于上压平凸模和下压平凸模之间，上压平凸模下压，将工件压回到原来的长方体状。