一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具及方法技术

本发明专利技术公开了一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具及方法，模具包括挤压凹模和基座，挤压凹模设有自外表面向内部延伸的六个挤压通道，六个挤压通道相交形成一正六面体型腔，各挤压通道内滑设有一个冲头，基座设有用于对挤压凹模定位并能使任意一对分设于正六面体型腔相对两侧的挤压通道按照设定形式布置的多位置定位机构，设定形式布置是：该对挤压通道中有一个挤压通道内的冲头被多位置定位机构阻止向外滑动，该对挤压通道中另一个挤压通道处于能被外部挤压件伸入对冲头进行挤压的角度。方法是通过改变挤压凹模定位在基座上的角度，采用挤压设备逐个挤压挤压通道内的冲头。本发明专利技术具有人工劳动强度低、成本低、制备效率高等优点。

A Equal Channel Extrusion Die and Method for Preparing Ultrafine Grain Bulk Material

The invention discloses an equal channel extrusion die and method for preparing ultrafine grain bulk material. The die comprises an extrusion die and a base. The extrusion die has six extrusion channels extending from the outside surface to the inside. The six extrusion channels intersect to form a regular hexahedral cavity. A punch is sliding in each extrusion channel, and a base is provided for positioning the extrusion die and can make any pair of extrusion dies. The multi-position positioning mechanism of the extrusion channel on the opposite sides of the regular hexahedron cavity is arranged according to the setting form. The setting form is that one of the punches in the extrusion channel is prevented from sliding outwards by the multi-position positioning mechanism, and the other extrusion channel in the extrusion channel is at the angle that can be extended by the extrusion parts into the punch for extrusion. The method is to change the angle of the extrusion die positioned on the base and use the extrusion equipment to extrude the punches in the extrusion channel one by one. The invention has the advantages of low labor intensity, low cost and high preparation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具及方法
本专利技术涉及材料加工装备
，具体涉及一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具及方法。
技术介绍
在材料加工
，传统的塑性加工方法实现大变形的过程通常是变截面的过程，材料组织细化的同时，也有很强的方向性，晶粒组织往往被拉细拉长，形成流线。为了得到更加细小而且等轴的显微组织，人们又研究出专门细化晶粒的加工方法：大塑性变形法，如等通道角挤压(ECAP)、高压扭转变形、叠轧、反复折皱-压直、往复挤压等。大塑性变形技术，主要是指在较低温度、较高压力条件下，将材料通过一次或者多次累计反复的塑性变形，使其获得相当大的累积真应变；目的在于使常规块体粗晶材直接细化为具有大角度晶界的超细晶结构材料。也就是说，要获得超细晶/纳米结构材料，需要以下条件：1、变形温度要低。温度越低，获得的晶粒越细小，而且随着变形道次的增加，变形温度要降低，因为细化的晶粒具有更好的塑性；2、应变量要大。应变量是大塑性变形的本质所在，一般应大于10以上；3、变形前后材料的形状不改变。大塑性变形对模具强度有很高的要求，一次获得大真应变比较困难，所以，实现反复的塑性变形是大塑性变形新技术开发和发展的重要参考准则之一；4、每道次应变量要足够大。不单是强调总的累积应变量要大，每道次的应变量也要达到某一临界应变量，才能获得足够多的位错，得到位错的临界密度发生转变，形成亚晶粒、位错单元等，最终获得大角度晶界的超细晶/纳米结构材料。这也就是一个多世纪以来，工业生产中一直采用锻造、轧制等压力加工方法却得不到超细晶粒的原因。大塑性变形方法不但可以制备不同形状尺寸的金属、合金等大体积的试样，而且可以克服其他方法，如粉末冶金法、球磨法等带来的残余空隙、杂质、界面氧化等缺点。大塑性变形材料一般具有以下特征：1、无污染；2、制备的超细晶/纳米结构材料内部无残留孔；3、整个材料结构均匀；4、无机械损伤和裂纹。目前在材料加工
研究中使用的等角径模具主要是L形模腔，即两通道相交呈L形，挤压时胚料放入入口通道，从出口通道挤出，然后重新将胚料装入入口通道进行反复挤压，由于被挤出材料的弹性恢复以及形状扭曲，在重复装料时需要对挤出材料进行校正或者打磨；另外，由于目前使用的等角径挤压模具每道次挤压产生的变形量主要取决于两通道之间的夹角，想要获得均匀、细小的超细晶往往需要多次挤压，这些都严重降低了该方法的加工效率，限制了该方法的工业化应用。虽然提出了一些改进的措施，如采用S形、C形、U形等挤压模具，但也存在一些缺陷，如变形路线单一等。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种人工劳动强度低、成本低、制备效率高的制备超细晶块体材料的等通道挤压模具。还相应提供一种采用该等通道挤压模具制备超细晶块体材料的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具，包括挤压凹模和基座，所述挤压凹模设有自外表面向内部延伸的六个挤压通道，六个挤压通道相交形成一正六面体型腔，各挤压通道内滑设有一个冲头，所述基座设有用于对挤压凹模定位并能使任意一对分设于正六面体型腔相对两侧的挤压通道按照设定形式布置的多位置定位机构，所述设定形式布置是：该对挤压通道中有一个挤压通道内的冲头被多位置定位机构阻止向外滑动，该对挤压通道中另一个挤压通道处于能被外部挤压件伸入对冲头进行挤压的角度。作为上述等通道挤压模具的进一步改进：所述多位置定位机构还具有在使一对挤压通道按照设定形式布置时阻止其余两对挤压通道内的冲头向外滑动的阻挡面。所述挤压凹模呈正六面体型，六个挤压通道分别对应位于正六面体型挤压凹模的六个侧面上，所述多位置定位机构为设于基座上的定位沉孔，所述定位沉孔的形状和尺寸与所述正六面体型挤压凹模的侧面一致。六个所述挤压通道分别对应设于正六面体型挤压凹模的六个侧面的中心位置，所述定位沉孔的深度小于正六面体型挤压凹模的一倍边长且大于正六面体型挤压凹模的二分之一倍边长。所述正六面体型挤压凹模的边长为L1，所述正六面体型腔的边长为L2，所述定位沉孔的深度为(L1+L2)/2。所述冲头的长度等于正六面体型挤压凹模边长长度减去正六面体型腔边长长度的差值的一半。所述定位沉孔的侧壁上设有凹槽，所述凹槽与放入定位沉孔的挤压凹模之间形成一个避让空间。一种采用上述等通道挤压模具制备超细晶块体材料的方法，包括以下步骤，(A)在挤压凹模的任意五个挤压通道中放入冲头，通过多位置定位机构将挤压凹模定位在基座上，使未放入冲头的挤压通道处于能被外部挤压件伸入以对冲头进行挤压的角度；将试样从未放入冲头的挤压通道放入正六面体型腔内，然后在未放入冲头的挤压通道中放入冲头；将基座安装固定到挤压设备上，使最后放入冲头的挤压通道竖直布置；(B)采用挤压设备沿由上至下的方向对竖直布置的挤压通道内的冲头进行挤压；(C)通过多位置定位机构改变挤压凹模的定位角度，使另一个挤压通道竖直布置，采用挤压设备沿由上至下的方向对该竖直布置的挤压通道内的冲头进行挤压；(D)重复步骤(C)，直至所有挤压通道内的冲头被挤压设备逐个进行挤压。作为上述方法的进一步改进：所述步骤(A)中，在冲头放入挤压通道前先采用润滑剂对挤压通道进行润滑，在试样放入正六面体型腔前先采用润滑剂对试样进行润滑。在所有挤压通道内的冲头被挤压设备逐个进行挤压后，重复步骤(C)使至少一个挤压通道内的冲头被挤压设备挤压两次以上。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的制备超细晶块体材料的等通道挤压模具使用时，将基座安装在挤压设备上，通过改变挤压凹模定位在多位置定位机构上的角度，可使任意一对挤压通道布置成适合被挤压设备进行挤压的角度，从而在挤压过程中不需要将被挤压坯料从挤压凹模内取出，只需利用多位置定位机构改变挤压凹模上各挤压通道的角度，即可从多个角度对被挤压坯料进行挤压，可节省因重复装料而导致的对被挤压坯料进行校正和打磨的工作，能够大大降低人工劳动强度、节省成本和提高制备效率，相比于传统需要重复装料的模具，其可节约超过75％的时间。附图说明图1为等通道挤压模具的立体结构示意图。图2为等通道挤压模具的分解结构示意图。图3为等通道挤压模具的主视结构示意图。图4为图3中A—A剖视结构示意图。图5为应用实施例1中试样的初始金相图。图6为应用实施例1中试样挤压完成后的金相图。图7为应用实施例2中试样的初始金相图。图8为应用实施例2中试样挤压完成后的金相图。图例说明：1、挤压凹模；11、挤压通道；12、正六面体型腔；2、基座；21、定位沉孔；3、冲头；4、试样。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：如图1至图4所示，本实施例的制备超细晶块体材料的等通道挤压模具，包括挤压凹模1和基座2，挤压凹模1设有自外表面向内部延伸的六个挤压通道11，六个挤压通道11相交形成一正六面体型腔12(图中未示)，也即六个挤压通道11分别对应自正六面体型腔12的六个面延伸至挤压凹模1的外表面，各挤压通道11内滑设有一个冲头3，基座2设有用于对挤压凹模1定位多位置定位机构，该多位置定位机构能使任意一对分设于正六面体型腔12相对两侧的挤压通道11按照设定形式布置，也即能够改变挤压凹模1定位在多位置定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具，其特征在于：包括挤压凹模(1)和基座(2)，所述挤压凹模(1)设有自外表面向内部延伸的六个挤压通道(11)，六个挤压通道(11)相交形成一正六面体型腔(12)，各挤压通道(11)内滑设有一个冲头(3)，所述基座(2)设有用于对挤压凹模(1)定位并能使任意一对分设于正六面体型腔(12)相对两侧的挤压通道(11)按照设定形式布置的多位置定位机构，所述设定形式布置是：该对挤压通道(11)中有一个挤压通道(11)内的冲头(3)被多位置定位机构阻止向外滑动，该对挤压通道(11)中另一个挤压通道(11)处于能被外部挤压件伸入对冲头(3)进行挤压的角度。

【技术特征摘要】
1.一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具，其特征在于：包括挤压凹模(1)和基座(2)，所述挤压凹模(1)设有自外表面向内部延伸的六个挤压通道(11)，六个挤压通道(11)相交形成一正六面体型腔(12)，各挤压通道(11)内滑设有一个冲头(3)，所述基座(2)设有用于对挤压凹模(1)定位并能使任意一对分设于正六面体型腔(12)相对两侧的挤压通道(11)按照设定形式布置的多位置定位机构，所述设定形式布置是：该对挤压通道(11)中有一个挤压通道(11)内的冲头(3)被多位置定位机构阻止向外滑动，该对挤压通道(11)中另一个挤压通道(11)处于能被外部挤压件伸入对冲头(3)进行挤压的角度。2.根据权利要求1所述的等通道挤压模具，其特征在于：所述多位置定位机构还具有在使一对挤压通道(11)按照设定形式布置时阻止其余两对挤压通道(11)内的冲头(3)向外滑动的阻挡面。3.根据权利要求2所述的等通道挤压模具，其特征在于：所述挤压凹模(1)呈正六面体型，六个挤压通道(11)分别对应位于正六面体型挤压凹模(1)的六个侧面上，所述多位置定位机构为设于基座(2)上的定位沉孔(21)，所述定位沉孔(21)的形状和尺寸与所述正六面体型挤压凹模(1)的侧面一致。4.根据权利要求3所述的等通道挤压模具，其特征在于：六个所述挤压通道(11)分别对应设于正六面体型挤压凹模(1)的六个侧面的中心位置，所述定位沉孔(21)的深度小于正六面体型挤压凹模(1)的一倍边长且大于正六面体型挤压凹模(1)的二分之一倍边长。5.根据权利要求3所述的等通道挤压模具，其特征在于：所述正六面体型挤压凹模(1)的边长为L1，所述正六面体型腔(12)的边长为L2，所述定位沉孔(21)的深度为(L1+L2)/2。6.根据权利要求3所述的等通道挤压模具，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李落星，叶拓，华家辉，徐从昌，何洪，
申请(专利权)人：长沙仲腾金属材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43