[发明专利]脉冲电流辅助的等径角挤压设备及方法

说明书

本发明涉及一种脉冲电流辅助的等径角挤压设备及方法，属于金属材料加工领域。内转角模块绝缘衬套使内转角导电模块与模具其余部分绝缘；凸模绝缘套筒和纵通道绝缘衬套的设置，确保金属坯料与凸模压杆和凹模纵通道绝缘；内转角导电模块和组合式凹模套分别连接脉冲电源的两极；金属坯料变形过程中与内、外转角接触而接入回路，且由转角处坯料参与导电；脉冲电源应具有良好的调节性能，挤压加工中通过调节脉冲电流参数控制变形区坯料的温度。利用脉冲电流取代传统的模具加热，辅助转角处金属坯料的塑性变形，防止出现褶皱和开裂，提高成品率，节省能源消耗，实现连续高效加工；有效地抑制晶粒过热长大，获得均匀细小的晶粒，极大地提高强度和塑性。

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，特别涉及通过塑性变形改善金属材料力学性能的领域，尤指一种脉冲电流辅助的等径角挤压设备及方法。

背景技术

大塑性变形技术（SPD）通过累积塑性应变，有效地细化金属材料晶粒，获得高强度和高塑性的有效结合。等径角挤压技术（ECAP），由于设备简单、细化效果显著、易实现多道次变形、能制备大尺寸块体材料等优势，被认为是最具有工业应用前景的一种SPD方法。

经过检索目前的文献报道发现，许多学者已经采取等径角挤压方法成功制备了具有超细晶结构的铜合金、铝合金。然而由于塑性变形量太大、分布不均匀，导致制备的样品质量不稳定，容易出现褶皱、开裂，成品率较低，严重制约了该技术的工业化应用。另外，一些难变形金属（例如镁合金)的等径角挤压变形对温度极为敏感，通常需要在250℃以上进行。细化机理可描述为：加热条件下，随着塑性应变的累积，材料内部发生动态再结晶，转变为更细小的等轴状晶粒。传统的等径角挤压借助气氛加热炉或电阻加热管，须将整个模具加热至坯料的变形温度，坯料在一道次加工中经历“模内预热—挤压变形—留模保温”的过程，能源浪费严重，生产效率低下。并且由于坯料经历的热过程时间较长，变形后不能立即冷却，诱发再结晶组织的受热长大，力学性能提升的效果不理想。

进一步检索发现，专利号CN107812796A、CN106077118A、CN105170681A、CN107442592A等通过集成多道次连续变形、缩短卸料工序、引入超声辅助细化晶粒等方法，对传统的等径角挤压设备和工艺提出改进。然而，这些方案依然不能完全解决等径角挤压工艺的一系列问题。

电流能够快速、精准地调控金属的塑性变形，包括降低流变应力，提高塑性变形极限等。Moon-Jo Kim等人在《Scripta Materialia》2014，75：58-61发表的“Electriccurrent-induced annealing during uniaxial tension of aluminum alloy”一文中，证实了脉冲电流还具有降低金属动态再结晶的临界温度的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲电流辅助的等径角挤压设备及方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明基于脉冲电流的独特优势，旨在利用脉冲电流改善等径角挤压样品的成形质量，减少能量消耗，提高生产效率，促进难变形金属在较低温度形成再结晶晶粒，更有效地提高金属坯料的力学性能。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

脉冲电流辅助的等径角挤压设备，包括脉冲电源1、导电装置2、凸模压杆3、凸模绝缘套筒4、组合式凹模套5、纵通道绝缘衬套6、凹模纵通道模块7、纵通道模块调整螺栓8、内转角模块绝缘衬套9、内转角导电模块10及凹模紧固螺栓11，所述内转角模块绝缘衬套9使内转角导电模块10与模具其余部分绝缘；凸模绝缘套筒4和纵通道绝缘衬套6的设置，确保金属坯料与凸模压杆3、凹模纵通道模块7绝缘；所述内转角导电模块10和组合式凹模套5分别连接脉冲电源1的两极；金属材料变形过程中与内、外转角接触而接入回路，且由转角处金属参与导电。

所述的凹模纵通道模块7和组合式凹模套5对应位置设置凸起和凹槽，并设置纵通道模块调整螺栓8微调纵通道模块竖直位置，保证纵通道绝缘衬套6与内转角模块绝缘衬套9接触紧密，挤压通道精确连接。