[发明专利]一种细化铝基复合材料基体组织的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基复合材料，具体而言为涉及一种细化铝基复合材料基体组织的装置及方法。

技术背景

现代工业的高速发展，对同时具有较高强度和优良塑性的材料需求日益增加。晶粒细化是提高材料结构强度的有效方法之一，同时对材料的塑性和韧性甚至物理性能都有很大改善，因此超细晶材料应用潜力极大。超细晶材料的制备方法包括金属蒸发-冷凝压制法、机械研磨法、机械合金化法、非晶晶化法、摩擦压扭法、电解沉积法、快速凝固法和强烈塑性变形法等。采用大塑性变形来获得亚微米、纳米级晶粒是近10多年来国内外兴起的研究热点。该方法在保持较好的塑韧性下，显著地提高材料的强度。大量研究表明：依靠应力或塑性变形就可以独立地改变材料的相变行为，显著细化显微组织，细化晶粒的效果远远超过传统的热处理技术。至今，已研究过的大塑性变形法有10多种技术，但在实际应用中遇到了限制瓶颈，使其优点得不到很好的发挥。

等通道转角挤压 (也称等径角挤压，Equal Channel Angular Pressing，ECAP)是基于大塑性变形理论的一种加工技术。采用此工艺材料可重复挤压，经多次挤压后，材料的晶粒达到超细尺度，使材料的综合力学性能大大提高。ECAP法可制造出高变形量、尺寸不变且尺寸较大的产品，且在材料内部无残留孔洞。针对等径角挤压变形量相对较小且加工道次多的不足，国家发明专利(专利号CN101294238A)结合反复墩挤方法制备超细晶材料的优点，提出了复合挤压法(CCEC)，可以通过较少道次墩挤，实现晶粒细化，无论从成本、经济效益上，还是材料的组织性能上，都有一定的优越性，具有很好的应用前景。但是该专利方法每次墩挤均要重新取放材料，操作比较烦琐。因此，迫切需要开发一种更加简便的通过塑性变形获得细晶化基体组织的方法。

在大塑性变形方法中还有一种往复挤压方法，模具内有两个处于一条直线上截面积相等且彼此之间由紧缩区分开的模腔，在模腔的两边分别装置一个液压式冲头。该方法的特点是首先通过挤压使试样横截面积减小，随之又通过压缩使其横截面积恢复到初始尺寸，如此反复进行从而获得大的塑性变形，即该工艺是一个反复挤压与压缩相结合的过程。但是，该方法由于自身方法的限制，不能在样品整个长度方向上获得均匀的应变量。如果能将等通道转角挤压与往复挤压方法结合，则可以实现相对简便地通过较少道次塑性变形获得细晶化组织。

铝基复合材料因具有密度小，比强度高，熔点较低，易于加工等优势，在材料界占有重要地位，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。随着现代工业的发展和技术的进步，对高强度铝基复合材料的要求日益迫切。铝基复合材料的制备方法已有很多，按增强相加入的方式来分，主要有搅拌法、粉末冶金法、浸渗法、喷射法、中间合金法和原位复合法几类。其中，由原位复合法制备的铝基原位复合材料，生成的增强相细小，可达到1微米以下，且增强相与基体合金界面结合良好，具有优良的机械性能，更高的耐磨性能和高温性能。如能采用新型大塑性变形方法进一步细化复合材料的基体组织，将能有效拓展该类复合材料的应用范围。

发明内容

本发明提出一种细化铝基复合材料基体组织的装置及方法，其原理是：充分利用往复挤压方法的大变形量以及等通道转角挤压方法对晶体方向的改变，将往复挤压与等通道转角挤压相结合，工作时一端固定另一端加载，突破往复挤压在整个长度方向上变形量不均匀的问题以及等通道转角挤压变形道次数量多的不足，同时通过在主冲头中间添加直径与等通道转角挤压通道尺寸相同的辅助冲头，保证通道中的材料完全实现转角，模具翻转后重复上述过程，中间不需要重新取放材料。

本发明提出一种细化铝基复合材料基体组织的装置，其特征在于：该装置由模具、主冲头、辅助冲头和堵头组成，所述模具内开有两条直径和长度都相等的呈90o角连接的转角通道，两条转角通道朝向模具外表面的部分均与大尺寸空腔相连，大尺寸空腔的长度、直径相等，其中一个大尺寸空腔设有与大尺寸空腔尺寸相配合的主冲头，主冲头中心部分开有圆柱孔，圆柱孔内设有与圆柱孔尺寸配合的辅助冲头，主冲头与转角通道之间放置待挤压材料；另一个大尺寸空腔内设有与大尺寸空腔尺寸配合的堵头，堵头通过弹簧固定。

所涉及的模具，是指采用模具钢或者高强度球墨铸铁制作的挤压模具。

所述两条转角通道的直径为5~10mm、长度为50~100mm。