[发明专利]一种制备超细晶块体材料的等通道挤压模具及方法

说明书

本发明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。本发明具有人工劳动强度低、成本低、制备效率高等优点。

技术领域

本发明涉及材料加工装备技术领域，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。

背景技术

在材料加工技术领域，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。

目前在材料加工技术领域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。

发明内容

本发明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，本发明采用以下技术方案：

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。