[发明专利]一种制备块体超细晶材料的复合挤压模具与方法

说明书

本发明公开了一种制备块体超细晶材料的复合挤压模具，包括挤压凸模和挤压凹模，所述挤压凹模中开设挤压通道，该挤压通道由入口通道、正挤压锥角区、正挤压工作带区和出口通道依次拼接构成，所述挤压凸模和入口通道的横截面一致，均为l×w的矩形，所述正挤压工作带的横截面为w×w的矩形，所述正挤压锥角区在入口通道和正挤压工作带之间形成过渡，所述出口通道的横截面形状尺寸与入口通道相同，位向不同，还公开了制备块体超细晶材料的方法。所提出的复合挤压模具与方法将正挤压与变截面转角挤压相结合，通过合理控制模具结构参数，可以使挤出坯料的横截面尺寸与挤压前的坯料尺寸一致，从而实现坯料的重复挤压，优化材料组织与性能。

技术领域

本发明涉及金属材料挤压成形技术领域，尤其是涉及一种制备块体超细晶材料的复合挤压模具与方法。

背景技术

细化晶粒是强化金属材料的重要手段之一，当前，剧烈塑性变形(SPD)技术已被证实是细化晶粒的有效手段。一般来说，剧烈塑性变形程度的获得主要依赖于变形前后坯料的形状及尺寸基本保持不变，通过重复塑性变形，使材料晶粒细化，获得块体超细晶(UFG)材料，提高材料综合性能。常见的剧烈塑性变形技术包括等径角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、累积叠轧(ARB)、多向锻造(MDF)、搅拌摩擦加工(FSP)、往复挤压(CEC)等。但上述技术也存在一些不足之处，如常规等径角挤压技术往往需要多道次重复变形，晶粒细化效率较低；高压扭转技术晶粒细化能力强，所制备的材料具有优异性能，但所制备的坯料尺寸较小，很难进行工业化应用。各国科技工作者一直在两方面推动剧烈塑性变形技术的工业化应用，一是将剧烈塑性变形技术与传统的轧制、挤压、拉拔等技术相结合，提高制备效率；二是将多种塑性变形技术相结合，实现单道次大变形量，减少变形道次，提高效率，甚至一次变形即可获得所需的细晶组织。

经过对现有文献的检索发现，M.H.Paydar等人在《Materials Letters》(2008，62：3266–3268)上发表的“Consolidation of Al particles through forward extrusion-equal channel angular pressing(FE-ECAP)”一文中直接将传统正挤压与等径角挤压组合在一个模具中，用于压实铝粉末，获得了比传统正挤压更为致密的块体细晶材料。各国学者又陆续提出了正挤压+两道次等径角挤压、正挤压+多个弯曲通道等技术，并通过一道次挤压成功制备了多种细晶镁合金，推动了剧烈塑性变形技术的进步。但目前基于正挤压的复合挤压技术普遍存在一个问题是挤压后坯料的截面积变小，不能进行重复变形，因此，主要应用于一些变形抗力较低的材料。但由于一道次变形程度不够或无法通过重复变形进一步细化组织，在一些材料中存在组织及性能不均匀现象。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种基于正挤压且可重复变形的制备块体超细晶材料的复合挤压模具；第二目的是公开采用该复合挤压模具制备块体超细晶材料的方法。

技术方案：本发明的制备块体超细晶材料的复合挤压模具，包括挤压凸模和挤压凹模，所述挤压凹模中开设挤压通道，该挤压通道由入口通道、正挤压锥角区、正挤压工作带区和出口通道依次拼接构成，所述挤压凸模和入口通道的横截面一致，均为l×w的矩形，所述正挤压工作带的横截面为w×w的矩形，所述正挤压锥角区在入口通道和正挤压工作带之间形成过渡，所述出口通道的横截面形状尺寸与入口通道相同，位向不同。

挤压时，将待压坯料放入入口通道中，挤压凸模放置在所述挤压凹模的入口通道中，置于坯料的上端，控制挤压凸模往下压。

进一步的，所述挤压凹模的入口通道横截面长度与宽度之比应满足所述l/w≤2，以使挤压后的坯料更好地充填出口通道，恢复到挤压前的形状。

进一步的，所述入口通道与出口通道之间的夹角Φ满足60°≤Φ≤120°，使坯料既能顺利挤出出口通道又能产生足够大的单道次变形量。