一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法及設備的製作方法

2023-09-14 20:13:50

專利名稱：一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於超細晶粒管材製備技術領域，特別涉及一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的專用模具裝置，尤其適合於超細晶粒管材的生產。
背景技術：
超細晶粒管材因具有良好的塑性韌性和較高的強度，是管材製備加工技術所追求得到的高端產品。由於擁有好的綜合力學性能，因而廣泛地應用於冷熱交換器、化工建材、管件深加工等工業。對於超細晶粒管材而言，製備過程的加工成型方法是最關鍵的問題之一，保證獲得具有均勻的超細晶粒微觀組織結構是主要的技術問題。
目前超細晶粒管材已有一些製備加工的方法，主要是軋制、擠壓和鍛造等，利用這些方法製備的超細晶粒管材，需要多次變形，最主要的缺點是每次變形必須減小管材的管徑和管壁厚度以及易於產生不均勻的變形，並且需要很大的工作壓力。這對於給定尺寸要求的管材，要想獲得超細晶粒，必須從很大的壁厚和管徑開始變形，因而需要多套模具和多道工序。這對於變形抗力大、變形溫度高的材料而言，其製造成本是相當大的。現有的純剪切擠壓技術方法只能對實心的圓形、方形棒材進行變形，不能對管材實施擠壓製備超細晶粒。

發明內容
本發明的目的是提供一種適用於多種材料、短流程、高效率、低成本、實現每次變形的管徑和管壁不變化的純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法及設備。
本發明的技術構思是通過改變擠壓成形的變形方式，實現了管材的純剪切擠壓變形，即在擠壓機上設置專用模具裝置，將管坯在擠壓機上從所述擠壓模具裝置中進行變形，這種變形可以多次反覆進行，最終使管材的內部微觀組織變成超細晶粒。
實現管坯製成內部組織為超細晶粒的管材，並且在製備過程中管坯的宏觀尺寸不變化，內部的組織具有均勻和同一性。由於管坯的變形集中在擠壓筒的轉角部分，變形具有純剪切性，管坯變形在模具裡進行，通過多次反覆變形得到超細晶粒的管材。每次變形可以沿擠壓軸向變轉0°～180°，提高每次的變形程度，加快晶粒的細化速度；擠壓筒轉角的角度變化為90°～160°，適應不同的管坯材料。本發明方法是通過改變擠壓成形的變形方式，實現了管材內部微觀組織晶粒度的超細化，提高管材的力學性能和冶金質量並降低成本。
本發明的技術解決方案是，一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的設備，包括上擠壓筒1、下擠壓筒2和裝在連接在一起的上擠壓筒1、下擠壓筒2外的加熱套3，其特殊在，還包括裝在上擠壓筒1、下擠壓筒2中的中空的擠壓杆4、支撐環5和芯棒6，芯棒6的上端插在擠壓杆4裡，芯棒6的下端穿過支撐環5。
一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法，是將管坯7從芯棒6的上端放入上擠壓筒1，擠壓杆4壓在管坯7上，芯棒6穿過管坯7插入擠壓杆4，支撐環5設置在下擠壓筒2的上部，向下壓擠壓杆4，管坯7通過下擠壓筒2的擠壓轉角處時，純剪切擠壓使管坯7的內部微觀組織變成超細晶粒，下擠壓筒2的擠壓轉角的角度是90°～160°在管坯7材料的變形能力較好時，採用較小的擠壓筒轉角，以增大變形程度、加快組織細化速度；在管坯7材料的變形能力較差時，採用較大的擠壓筒轉角，以減小變形程度，避免管材產生裂紋；在管坯7材料的變形能力很差和易於發生氧化時，管坯7外部包覆保護套，改善變形和避免氧化。
在管坯7材料的變形溫度較高時，採用相應較高的擠壓模具溫度，並提高擠壓速度，並在管材出口處增加冷卻措施，避免再結晶晶粒的長大。
在純剪切擠壓製備超細晶粒管材的設備中進行變形時，改變管坯7每次變形的方向，即對於變形一次的管坯，在下一次變形時沿擠壓軸向變轉的角度為0°～180°，這樣可以配合轉角部位的變形，增大每次的變形程度，加快組織細化速度和均勻性。
本發明具有如下有益效果1.採用本發明製備超細晶粒管材時，通過改變擠壓成形的變形方式，實現了管材的微觀組織細化，直接方便地獲得超細晶粒的管材，適用於多種材料的管坯。
2.採用本發明進行較難變形和易於氧化材料的管坯製備超細晶粒管材。
3.採用本發明生產實施簡便、流程短，對管材的尺寸、材料局限小，易於控制管材的晶粒度和冶金質量，可降低製造成本和製備技術難度，能確保連管材內部質量的同一性。
4.本發明特別適用於製備超細晶粒管材，也可配合改變每次的變形方向，增大變形程度，可以獲得特別細小的微觀組織甚至得到納米晶粒，並且管材的內部組織均勻性好。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
圖1為純剪切擠壓製備超細晶粒管材的設備結構示意圖。
在擠壓機上利用熱擠壓方法製造管坯，經過初步精整製成定尺長的管坯7，在熱處理爐內進行去應力和均勻化退火，將處理後的管坯在擠壓機上的專用擠壓模具裡進行擠壓變形，要對管坯的內外孔和擠壓模具內筒及芯棒加以潤滑，擠壓變形過程中擠壓模具的預熱溫度、管坯預熱溫度、擠壓速度等工藝參數之間應相互匹配，具體根據變形管坯的材料和尺寸及製備的超細晶粒度決定。變形鋁合金LF6厚壁管坯20×5mm，在擠壓前管坯的晶粒度為5μm，採用本方法對管坯進行變形處理，可以使其的微觀組織細化而管坯的宏觀尺寸不變，獲得超細晶粒的管材；變形模具的擠壓筒轉角為120°，每變形一次，管坯相對擠壓軸轉90°，管坯長200mm；擠壓速度為2m/min，模具溫度200℃，管坯預熱溫度為300℃，擠壓變形連續進行，中間無退火過程，經過4次擠壓變形，得到內部晶粒均勻性很好的管材，其晶粒度為0.8μm。
實施例2對於管坯材料變形能力較差時，採用較大的擠壓轉角，以減小變形程度，避免管材產生裂紋；本實施例7075鋁合金管坯20×5mm，管坯長200mm；變形模具的擠壓筒轉角為135°，每變形一次，管坯相對擠壓軸轉90°，擠壓速度1m/min，模具溫度280℃，管坯預熱溫度為350℃。
實施例3在所述管坯材料易於發生氧化時，採用管材外部包覆保護套，改善變形區域狀態，避免氧化；易於氧化的活性金屬及其合金管材，如Ti、Mg及其合金等，採用鋁或不鏽鋼薄皮包覆；本實施例MB2鎂合金管坯20×5mm，管坯長200mm，內外表面包覆1mm純鋁薄；變形模具的擠壓筒轉角為120°，每變形一次，管坯相對擠壓軸轉90°，擠壓速度2m/min，模具溫度220℃，管坯預熱溫度為350℃。
實施例4在所述管坯材料的變形能力很差，即室溫斷裂伸長率低於15％時，採用內外部包覆碳鋼或不鏽鋼保護套，改善變形區域的狀態，避免發生開裂；本實施例NiAl-30Fe金屬問化合物合金20×5mm，管坯長150mm，內外表面包覆2mm低碳鋼板；變形模具的擠壓筒轉角為135°，擠壓速度8m/min，模具溫度450℃，管坯預熱溫度為1150℃。
實施例5在所述管坯材料的變形溫度較高，即擠壓溫度高於500℃時，採用相應較高的擠壓模具溫度，應提高擠壓速度，並在管材出口處增加冷卻措施，避免再結晶晶粒的長大；本實施例TC4鈦合金20×5mm，管坯長150mm，內外表面包覆1mm不鏽鋼板；變形模具的擠壓筒轉角為135°，擠壓速度8m/min，模具溫度450℃，管坯預熱溫度為1100℃，在管材的擠壓出口處設置強制風冷卻，冷卻風流速10m/s，進風口溫度≤30℃，吹風口孔徑20。
權利要求
1.一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的設備，包括上擠壓筒(1)、下擠壓筒(2)和裝在連接在一起的上擠壓筒(1)、下擠壓筒(2)外的加熱套(3)，其特徵在於，還包括裝在上擠壓筒(1)、下擠壓筒(2)中的中空的擠壓杆(4)、支撐環(5)和芯棒(6)，芯棒(6)的上端插在擠壓杆(4)裡，芯棒(6)的下端穿過支撐環(5)。
2.採用權利要求1所述的一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的設備的純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法，其特徵在於，將管坯(7)從芯棒(6)的上端放入上擠壓筒(1)，擠壓杆(4)壓在管坯(7)上，芯棒(6)穿過管坯(7)插入擠壓杆(4)，支撐環(5)設置在下擠壓筒(2)的上部，向下壓擠壓杆(4)，管坯(7)通過下擠壓筒(2)的擠壓轉角處時，實現純剪切變形使管坯(7)的內部微觀組織變成超細晶粒，下擠壓筒(2)的擠壓筒轉角的角度是90°～160°。
3.根據權利要求2所述的純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法，其特徵在於，在純剪切擠壓製備超細晶粒管材的設備中進行變形時，改變管坯(7)每次變形的方向，即對於變形一次的管坯，在下一次變形時沿擠壓軸向變轉的角度為0°～180°。
4.根據權利要求2所述的純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法，其特徵在於，在管坯(7)材料的變形能力很差，即室溫斷裂伸長率低於15％和易於發生氧化時，管坯(7)外部包覆保護套。
5.根據權利要求2所述的純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法，其特徵在於，在管坯(7)材料的變形溫度較高，即擠壓溫度高於500℃時，採用相應較高的擠壓模具溫度，並提高擠壓速度，並在管材出口處加以冷卻。
全文摘要
一種純剪切擠壓製備超細晶粒管材的方法及設備屬於超細晶粒管材製備技術領域。它通過改變擠壓成形的加工方式，實現了管材的純剪切擠壓變形，在擠壓機上設置專用的模具裝置，將管坯進行擠壓加工變形，這種變形可以多次反覆進行，最終使管材的內部微觀組織變成超細晶粒，以獲得超細晶粒的管材，實現每次變形的管徑和管壁不變化，變形為純剪切變形；這種純剪切變形不僅極有利於晶粒的細化而且可以利用一套模具進行多次反覆變形。具有適用於多種材料、短流程、高效率、低成本的特點。
文檔編號B21C23/00GK1473670SQ0313349
公開日2004年2月11日 申請日期2003年6月21日 優先權日2003年6月21日
發明者周文龍, 陳榮石 申請人:大連理工大學