制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，該成形方法基于一種組合式凹模，組合式凹模構(gòu)成十字形通道，十字形通道由第一通道和第二通道垂直交叉而成，該成形方法按如下步驟進(jìn)行：放料合模；第一道次鐓擠；卸壓開模；將1道次鐓擠試樣以擠壓路徑重新放入第一通道，重復(fù)上述步驟。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：將閉塞式鍛造技術(shù)引入大塑性變形工藝，基于浮動凹模原理，實(shí)現(xiàn)高度對稱結(jié)構(gòu)的雙沖頭鐓擠，解決傳統(tǒng)等徑角擠壓工藝存在的偏載問題，減少模具失穩(wěn)破壞的傾向，材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有效提高高強(qiáng)、低塑難熔金屬(鎢、鉬等)的變形能力，操作簡單，實(shí)用性高，易于工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】
制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料加工方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢、鉬等難熔金屬材料，具有金屬中最高的熔點(diǎn)、密度大、硬度高、線膨脹系數(shù)低、蒸發(fā)速度慢、耐侵蝕等特性，使得其在各種高端工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前限制其工業(yè)應(yīng)用的主要因素有材料本身塑性加工性能差、韌-脆轉(zhuǎn)變溫度高、低溫脆性和易于氧化等。近年來，利用大塑性變形技術(shù)制備超細(xì)晶材料以改善材料組織性能的方法得到廣泛的關(guān)注。對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，莫紀(jì)平等在《稀有金屬材料與工程》(2015，44(8):2003-2006)上發(fā)表“多向壓縮對7085鋁合金擠壓材組織和力學(xué)性能的影響”指出7085鋁合金多向壓縮變形后，晶粒由87.7μπι顯著降低到17.9μπι，材料強(qiáng)度顯著提高；周斌等在《熱加工工藝》(2015,44(7):24-27)發(fā)表“ECAP擠壓道次對ΑΖ81鎂合金組織及性能的影響”一文中，對等徑角擠壓ΑΖ81鎂合金組織及性能研究發(fā)現(xiàn)，6道次變形后材料抗拉強(qiáng)度提高了 42 %，伸長率由3.2%增加到15.8%。大塑性變形工藝在細(xì)化晶粒，提高材料性能方面具有顯著作用。但是，現(xiàn)有大塑性變形工藝中，多向壓縮工藝晶粒細(xì)化效果相對較弱，組織均勻性低;等徑角擠壓工藝存在偏載問題，對于低塑、高強(qiáng)難熔金屬材料操作可重復(fù)性差;高壓扭轉(zhuǎn)工藝加工坯料尺寸較小，工業(yè)應(yīng)用前景不明朗?，F(xiàn)有大塑性變形工藝難以滿足現(xiàn)代核工業(yè)、國防軍工發(fā)展對難熔金屬(鎢、鉬等)材料的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種操作簡單、晶粒細(xì)化效果顯著、工業(yè)化應(yīng)用前景可觀的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，所述成形方法基于一種組合式凹模，所述組合式凹模構(gòu)成十字形通道，所述十字形通道由第一通道和第二通道垂直交叉而成，所述第一通道兩端分別對應(yīng)設(shè)置有一個沖頭，所述第二通道兩端均設(shè)置有背壓體，所述成形方法按如下步驟進(jìn)行:
[0006](I)放料合模:預(yù)熱組合式凹模，將預(yù)熱后的待加工坯料放入第一通道內(nèi)，組合式凹模合模后形成十字形通道，所述十字形通道四端通過兩個沖頭、兩個背壓體封閉共同構(gòu)成閉塞式型腔；
[0007](2)第一道次鐓擠:啟動壓機(jī)，兩個沖頭分別對待加工坯料兩端施加擠壓力，待加工坯料在兩端壓力作用下由第一通道經(jīng)轉(zhuǎn)角流入第二通道，直至待加工坯料完全進(jìn)入第二通道內(nèi)得到第一道次鐓擠試樣，在所述第一道次鐓擠試樣成形的過程中由背壓體對其兩端面施加背壓；
[0008](3)卸壓開模:卸去兩端背壓體的背壓后，組合式凹模開模，將第一道次鐓擠試樣取出，完成第一道次成形；
[0009](4)將第一道次鐓擠試樣以擠壓路徑重新放入第一通道，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行多道次鐓擠成形。
[0010]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述待加工坯料為塊狀難熔金屬材料。
[0011]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(2)中，在每道次鐓擠試樣成形的過程中由浮動凹模提供合模力。
[0012]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一通道和第二通道的橫截面形狀相同、尺寸不同，第一通道尺寸大于第二通道尺寸。
[0013]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述背壓體為機(jī)械式背壓體或液壓式背壓體，且所述背壓體位于所述第二通道內(nèi)。
[0014]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述十字形通道相對于所述第一通道的中心線對稱，且所述十字形通道相對于所述第二通道的中心線對稱。
[0015]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述背壓體的外端設(shè)有限位板、內(nèi)端設(shè)有頂板，所述限位板與所述組合式凹模固定連接，所述頂板位于所述第一通道內(nèi)。
[0016]作為上述成形方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(4)中，所述擠壓路徑為第一擠壓路徑、第二擠壓路徑和第三擠壓路徑中的任一種，所述第一擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)90°，且相鄰道次旋轉(zhuǎn)方向相反;所述第二擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)90°，且相鄰道次旋轉(zhuǎn)方向相同;所述第三擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)0°。
[0017]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明提供的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，將閉塞式鍛造技術(shù)引入大塑性變形工藝，實(shí)現(xiàn)高度對稱結(jié)構(gòu)的雙沖頭鐓擠，解決傳統(tǒng)等徑角擠壓工藝存在的偏載問題，增加擠壓沖頭橫截面積，提高了沖頭的剛度，減少模具失穩(wěn)破壞的傾向。
[0019]2、本發(fā)明提供的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其第一通道與第二通道截面形狀相同、尺寸不同，材料通過變截面通道，在每道次鐓擠變形中完成鐓粗-剪切復(fù)合變形，其特點(diǎn)是每道次變形量大，多道次變形所制備材料組織更加均勻細(xì)小。
[0020]3、本發(fā)明提供的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其組合式凹模配有背壓體，背壓體通過限位板限制于組合式凹模內(nèi)，可以隨組合式凹模同步運(yùn)動，從而保證鐓擠過程背壓力的持續(xù)施加。且背壓的施加使材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于細(xì)化晶粒，預(yù)防裂紋的萌生和擴(kuò)展，有效提高高強(qiáng)、低塑難熔金屬(鎢、鉬等)的變形能力。
[0021]4、本發(fā)明提供的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，基于浮動凹模原理，其組合式凹?？呻S壓機(jī)運(yùn)動而隨時打開，便于監(jiān)控模具內(nèi)試樣變形情況，且每道次鐓擠變形后試樣可直接取出，操作簡單。
[0022]5、本發(fā)明提供的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，尤其適用于大尺寸塊狀難熔金屬(鎢、鉬等)超細(xì)晶材料的制備，晶粒細(xì)化效果顯著。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證可制備出組織均勻、平均晶粒尺寸為10nm?Ιμπι的超細(xì)晶甚至納米晶材料。且成形載荷相對較小，模具使用壽命長，操作簡單，實(shí)用性高，易于工業(yè)化應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中標(biāo)號:I為上擠壓沖頭;2為上凹模;3為限位板;4為下凹模;5為下擠壓沖頭;6為背壓體;7為頂板;8為待加工坯料。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]參見圖1，本實(shí)施例公開了一種制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，該成形方法基于一種組合式凹模，該組合式凹模由上凹模2和下凹模4構(gòu)成，該組合式凹模構(gòu)成十字形通道，十字形通道由第一通道和第二通道垂直交叉而成，十字形通道相對于第一通道的中心線對稱，且十字形通道相對于第二通道的中心線對稱。第一通道和第二通道的橫截面形狀相同、尺寸不同，第一通道尺寸大于第二通道尺寸。第一通道兩端分別對應(yīng)設(shè)置有一個沖頭，第二通道兩端均設(shè)置有背壓體6，成形方法按如下步驟進(jìn)行:
[0027](I)放料合模:預(yù)熱組合式凹模，將預(yù)熱后的待加工坯料8放入第一通道內(nèi)，組合式凹模合模后形成十字形通道，十字形通道四端通過兩個沖頭、兩個背壓體6封閉共同構(gòu)成閉塞式型腔;其中，待加工坯料8為塊狀難熔金屬材料，如塊狀鎢、鉬等材料；
[0028](2)第一道次鐓擠:啟動壓機(jī)，兩個沖頭分別對待加工坯料8兩端施加擠壓力，待加工坯料8在兩端壓力作用下由第一通道經(jīng)轉(zhuǎn)角流入第二通道，直至待加工坯料8完全進(jìn)入第二通道內(nèi)得到第一道次鐓擠試樣，在第一道次鐓擠試樣成形的過程中由浮動凹模提供合模力，且由背壓體6對其兩端面施加背壓；
[0029](3)卸壓開模:卸去兩端背壓體6的背壓后，組合式凹模開模，將第一道次鐓擠試樣取出，完成第一道次成形；
[0030](4)將第一道次鐓擠試樣以擠壓路徑重新放入第一通道，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行多道次鐓擠成形。
[0031]具體設(shè)置中，背壓體6為機(jī)械式背壓體或液壓式背壓體，且背壓體6位于第二通道內(nèi)。背壓體6的外端設(shè)有限位板3、內(nèi)端設(shè)有頂板7，限位板3與組合式凹模固定連接，頂板7位于第一通道內(nèi)。
[0032]步驟(4)中，擠壓路徑為第一擠壓路徑、第二擠壓路徑和第三擠壓路徑中的任一種，第一擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)90°，且相鄰道次旋轉(zhuǎn)方向相反;第二擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)90°，且相鄰道次旋轉(zhuǎn)方向相同；第三擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)0°。
[0033]本
【申請人】采用上述成形方法以鉬為待加工坯料8進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下:
[0034]以純鉬(99.9%)、尺寸為18X 18 X80mm(長、寬、高尺寸)的大塊長方體試樣作為待加工坯料8，第一通道和第二通道截面形狀均采用方形，設(shè)第一通道為豎直通道且截面尺寸為20 X20mm，設(shè)第二通道為水平通道且截面尺寸為18 X 18mm，上凹模2與下凹模4構(gòu)成組合式凹模，，兩個沖頭分別為上擠壓沖頭I和下擠壓沖頭5，背壓體6為小型液壓裝置。首先，預(yù)熱待加工坯料8至500°C，預(yù)熱上凹模2與下凹模4至400°C，將待加工坯料8置于豎直通道中，組合式凹模隨壓機(jī)下行閉合構(gòu)成十字形通道，將液壓式的背壓體6置于水平通道兩端，并通過限位板3與組合式凹模固定連接。上擠壓沖頭I和下擠壓沖頭5以lmm/s進(jìn)入豎直通道后，有20mm導(dǎo)向長度，沖頭繼續(xù)運(yùn)動，待加工坯料8在擠壓力的作用下，發(fā)生鐓粗變形再經(jīng)轉(zhuǎn)角剪切變形，由豎直通道進(jìn)入水平通道，已變形金屬前端面與頂板7接觸而被墩平。當(dāng)豎直通道中待加工坯料8全部進(jìn)入水平通道，試樣尺寸由待加工坯料8的18 X 18 X80mm被鐓擠成尺寸為80X ISXlSmm的長方體的第一道次鐓擠試樣。然后拆卸限位板3，組合式凹模開模，卸去兩端背壓，將第一道次鐓擠試樣取出重新預(yù)熱，將第一道次鐓擠試樣以第二擠壓路徑沿豎直通道的高度方向放入，經(jīng)兩道次鐓擠變形后，獲得了組織相對均勻，平均晶粒尺寸為240nm的超細(xì)晶純鉬。
[0035]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述成形方法基于一種組合式凹模，所述組合式凹模構(gòu)成十字形通道，所述十字形通道由第一通道和第二通道垂直交叉而成，所述第一通道兩端分別對應(yīng)設(shè)置有一個沖頭，所述第二通道兩端均設(shè)置有背壓體，所述成形方法按如下步驟進(jìn)行: (1)放料合模:預(yù)熱組合式凹模，將預(yù)熱后的待加工坯料放入第一通道內(nèi)，組合式凹模合模后形成十字形通道，所述十字形通道四端通過兩個沖頭、兩個背壓體封閉共同構(gòu)成閉塞式型腔； (2)第一道次鐓擠:啟動壓機(jī)，兩個沖頭分別對待加工坯料兩端施加擠壓力，待加工坯料在兩端壓力作用下由第一通道經(jīng)轉(zhuǎn)角流入第二通道，直至待加工坯料完全進(jìn)入第二通道內(nèi)得到第一道次鐓擠試樣，在所述第一道次鐓擠試樣成形的過程中由背壓體對其兩端面施加背壓； (3)卸壓開模:卸去兩端背壓體的背壓后，組合式凹模開模，將第一道次鐓擠試樣取出，完成第一道次成形； (4)將第一道次鐓擠試樣以擠壓路徑重新放入第一通道，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行多道次鐓擠成形。2.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述待加工坯料為塊狀難熔金屬材料。3.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述步驟(2)中，在每道次鐓擠試樣成形的過程中由浮動凹模提供合模力。4.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述第一通道和第二通道的橫截面形狀相同、尺寸不同，第一通道尺寸大于第二通道尺寸。5.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述背壓體為機(jī)械式背壓體或液壓式背壓體，且所述背壓體位于所述第二通道內(nèi)。6.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述十字形通道相對于所述第一通道的中心線對稱，且所述十字形通道相對于所述第二通道的中心線對稱。7.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述背壓體的外端設(shè)有限位板、內(nèi)端設(shè)有頂板，所述限位板與所述組合式凹模固定連接，所述頂板位于所述第一通道內(nèi)。8.如權(quán)利要求1所述的制備難熔金屬超細(xì)晶材料的閉塞式背壓雙向鐓擠成形方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述擠壓路徑為第一擠壓路徑、第二擠壓路徑和第三擠壓路徑中的任一種，所述第一擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)90°，且相鄰道次旋轉(zhuǎn)方向相反;所述第二擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)90°，且相鄰道次旋轉(zhuǎn)方向相同；所述第三擠壓路徑為將當(dāng)前道次鐓擠試樣繞著自身長軸的軸心線旋轉(zhuǎn)0°。
【文檔編號】B21J13/02GK105921657SQ201610563317
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】薛克敏, 孫大智, 李萍
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)