改善合金材料性质的方法、装置及其产品制造方法及图纸

一种改善合金材料性质的方法、装置及其产品，方法是：将待加工的合金材料放入加工装置内，加热合金材料至软化温度，在装置中对合金材料施加交替的不同方向的力，并使合金材料通过一个或数个相对狭小的通道以搓揉合金１，重复搓揉一直到合金微细结构细化且分布均匀。本方法简便，装置结构紧凑，应用范围广，可用于传统铸锭、堆叠的元素片材、快速凝固的合金薄片以及粉末压密挤锭的处理，所得产品的强度及延性均有明显改善。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改善合金材料性质的方法、装置及其产品。1970年以来，有许多改善材料性质的研究，例如传统冶金工艺的改进；快速凝固制造工艺以及机械合金制造工艺的开发等，但这些研究遇到了许多技术上的难题。在传统冶金制造工艺方面由于对材料性质的改善已趋于极限，因此常常花费大量成本，只能对性质作微小的改善，例如提高合金纯度或作热处理等方式。在快速凝固制造工艺方面由于采用快速凝固产生的粉末或薄带无法直接运用，必须结合粉末冶金工艺，制成块状材料，使其具有结构上的用途，但在粉末冶金制造中，有许多复杂步骤，以及粉末表面氧化、污染等原因而降低材料的性质，因此，粉末冶金制造中的缺点成为发展快速凝固材料的难题。在机械合金制造方面，同样需要结合粉末冶金的制造，才能制成块状材料，因此，粉末冶金制造中的缺点也成为发展机械合金材料的难题。为了不用粉末冶金方法，开发三种直接制造快速凝固块材的方法(1)喷雾沉积法，(2)气相蒸镀法，(3)片状层积法。所述喷雾沉积法是利用高压气体将金属熔液雾化沉积成块状材料；气相蒸镀法是利用电子枪将金属熔液加热气化，层层蒸镀成块状材料；片状沉积法是利用锤砧法技术，将金属熔液滴淬冷成薄片，而一层层地叠积成块状材料，以上三种方法虽能直接制造快速凝固块状材料，但必须精确控制制造工艺参数，否则很容易生成孔洞，使整个制造工艺失败。快速凝固制成的块状材料才具有结构上的用途，但因块状材料形成的过程中，因薄片或粉末表面的氧化及污染问题，以及界面之间不完全的键连结问题，导致金属块状材料性质大幅度降低。本专利技术目的是提供一种改善合金材料性质的方法，该方法应用范围广，可用于传统铸锭、快速凝固片材或粉末，以及两种以上材料直接混炼成块状机械合金材料，避免制作机械合金粉末及固结的步骤；本专利技术还提供一种加工装置以及利用本专利技术方法获得的产品。为达到上述目的本专利技术采用以下技术方案方法包括以下几个步骤将待加工的合金素材放入加工装置内；合金素材被加热到软化温度，合金素材的软化温度低于1000℃；在加工装置中，对该素材施以交替的不同方向的压力，并使合金素材通过一或数个相对狭小的通道，以搓揉合金素材；重复搓揉动作一直到合金微细结构细化而且均匀分布。待加工合金素材可以是合金铸锭、粉末压密的挤锭、堆叠的元素片材或快速凝固的合金薄片。加工装置包括挤制容器，容器内有供放待加工合金素材的腔，该容器还包括具有第一端、中部及相对的第二端的挤筒；挤压装置，它包括一对挤制杆，挤制杆与挤筒配合。挤筒可由两半个相对挤筒组成；在挤筒中间有一挤模，该挤模中部至少有一相对狭小通道装置。上述待加工合金素材采用本专利技术提供的方法处理，可以得到材料性质已改善的合金。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明附图说明图1本专利技术提供的一种加工装置图2铅锡叠层的铅锡相特性宽度与挤制次数函数3铅锡铸锭的铅锡相特性宽度与挤制次数函数4Al-12％(重量百分)Bi快速凝固合金的强度与挤制次数的函数图(Al-12 Wt pctSi)图5Al-12％(重量百分)Si快速凝固合金的延性与挤制次数的函数6Al-12％(重量百分)Si铸锭合金的强度与挤制次数的函数7Al-12％(重量百分)Si铸锭合金的延性与挤制次数的函数8Al-20％(重量百分)Si快速凝固合金的强度与挤制次数的函数9Al-20％(重量百分)Si快速凝固合金的延性与挤制次数的函数10Al-20％(重量百分)Si铸锭合金的强度与挤制次数的函数11Al-20％(重量百分)Si铸锭合金的延性与挤制次数的函数1中，1挤制容器，2为位于挤制容器内的待加工合金素材，3挤压装置，挤制容器1包括左挤筒4、右挤筒5、位于4、5之间的挤模6，挤模6中间有一个或数个狭小通道7，其形状可为细缝或圆孔，挤压装置3包括可作相对方向往复运动挤制杆8、9，位于挤制杆自由端的隔块10、11，与挤制杆8、9固接的推杆12、13，以及与堆杆配合的油压缸本体14、15。现以设定加工装置来验证本专利技术的理论其中挤筒4、5长度为80mm、直径20mm挤模6有一中孔，其直径6.3mm，挤制杆8、9的长度为110mm、直径20mm，最大油压为100kg/cm2。操作步骤先将待加工合金素材2放入挤筒4中，加热合金素材至操作温度，以挤制杆8使合金素材2以每秒1cm速度(约在90kg/cm2的挤制压力下)受挤制，挤经挤模6的合金素材2则因施于挤制杆9的背压(约40kg/cm2)而立即受压缩并膨胀，而充塞至挤筒5中，当两个挤制杆8、9的压力互换时，合金素材即从挤筒5挤往挤筒4，那么合金素材2便在挤制容器1中往复受挤制。以下提到的挤制次数是合金素材2通过挤模的次数。在上述加工装置试验的合金素材有0.3mm厚的纯铅与纯锡交互堆叠薄片，Pb-50％(体积百分)Sn铸锭，快速凝固(锤砧法)Al-12％(重量百分)Si薄片，传统铸造Al-12％(重量百分)Si铸锭，快速凝固Al-20％(重量百分)Si薄片，Al-20％(重量百分)Si铸锭。结果发现以下结论(1)本专利技术方法能将纯铅及锡交互堆叠片完全固结及搓揉Pb-50％(体积百分)Sn合金，并使两相之间细致又均匀地分布；(2)本专利技术方法能够搓揉Pb-50％(体积百分)Sn合金铸锭，而且可以得到极类同于堆叠片的微细结构；(3)本专利技术也可以完全固结和搓揉依照锤砧法所制得的Al-12％(重量百分)Si及Al-20％(重量百分)Si合金薄片，结果是介面熔合，Si粒子均匀分布，机械性质得到改善，至今达到了极限；(4)本专利技术方法也可以用于分别搓揉Al-12％(重量百分)Si和Al-20％(重量百分)Si合金铸锭，其片状共晶Si颗粒及较大Si初晶颗粒都受到某种程度的细化，机械性能亦有明显改善，至今达到极限；(5)依据本专利技术方法，在微细结构及机械性质上，快速凝固Al-Si合金优于合金铸锭，其原因是快速凝固合金中Si粒子有比较好的细微分布。以下以10个函数图来表示或说明本专利技术的效果图2是纯铅及锡叠片的铅锡相特性宽度与挤制次数函数图，图中显示宽度在开始几次挤制时剧降，在10次挤制后，铅锡分别达3.8及3.5μm；第3图是铅锡铸锭的铅、锡相特性宽度与挤制次数函数图，图中显示铅(锡)相宽度，自首次挤制的4.6(4.5)μm细化至5次挤制后的平均约3.6(3.5)μm。图4、图5显示挤制次数增加，所有快速凝固Al-12％(重量百分)Si合金的机械性质改善，比较4及11次挤制，发现断裂应变和伸长率分别得到93％及123％的改善。而屈服强度及最终拉伸强度则分别增加6％及36％，延性的改善是因为层间介面消除及Si颗粒均匀分布。因为介面原来由氧化膜及孔洞组成，它阻止层间的键结，导致了很差延性，当施加重复挤制时，氧化膜即破裂，并且暴露了容易熔合的新鲜金属，此外，孔洞在高压下亦将闭合，所以熔合发生后，延性可能回复至高标准，显然，回复程度仍取决于熔合的完全度，随着重复挤制次数增加，熔合完全度增加，延性随之增加，而Si颗粒的均匀分布也是取得良好延性的需要因素，否则裂缝较易发生在Si颗粒密度较高的区域。图6、图7显示挤制次数增加，所有Al-12％(重量百分)Si铸锭合金的机械性质都获得改善，第一次挤制改善最为显著，但稍后的挤制，仍然有改善，从第1及11次挤制，断裂应变及伸长率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善合金材料性质的方法，其特征在于它包括以下步骤：（１）将待加工的合金素材放入加工装置内；（２）合金素材被加热到软化温度，合金素材的软化温度低于１０００℃；（３）在加工装置中，对该素材施以交替的不同方向的压力，并使合金素材通 过一个或数个相对狭小的通道，以搓揉合金素材；（４）重复搓揉动作一直到合金微细结构细化而且均匀分布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶均蔚，
申请(专利权)人：台湾国立清华大学，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]