一种制备变通道超细晶铜铝线材的装置及制备方法，装置包括模具、导向轮（１）、换向轮（１０）、加热冷却组件和拉拔组件；模具由模芯（８）和模套（４）组成；加热冷却组件包括热电偶（６）、加热电阻丝（９）、冷却水套（７）、陶瓷套（５）、温控仪（１１）；拉拔组件包括电动机（１２）、贮丝筒（１４）和涨紧轮（１３）；制备时调节温度和拉拔速度及方向，对铜铝线材（２）往复多道次拉拔，完成超细晶材料的制备。本发明专利技术能够细化材料晶粒，提高成形件的力学性能，改善变形织构，不仅能够应用于微塑性成形超细晶材料的制备，还能够应用于铜铝线材拉拔成形的科研和生产领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料铜铝的超细晶制备和微塑性加工领域，具体是一种铜铝线材 变通道拉拔方法和装置。
技术介绍
晶粒尺寸1 IOOOnm块体超细晶材料具有优异的物理和力学性能，是材料领域研 究的热点之一。超细晶材料制备工艺目前主要有惰性气体凝聚原位加压法、高能球磨法、非 晶晶化法、熔体凝固法和大塑性变形法(Severe Plastic Deformation, SPD)等。SPD成形 方法与其他成形技术相比，最大优点是能获得结构致密、无孔隙、无污染的块体超细晶乃至 纳米材料，所以SPD工艺方法是目前最受关注制备超细晶材料的成形方法，其主要有高压 &$1 (High Pressure and Torsion, HPT), WiiM^B^W^i (Equal Channel Angular Pressing，ECAP)、叠层轧合法(Accumulative Roll Bonding，ARB)、反复折皱-压直法 (Repetitive Corrugation and Straightening, RCS)禾口多向锻造法(Multi Directional Forging, MDF)等技术。虽然HPT法可以制备优良特性的超细晶材料，但由于模具和工具的限制，其形状 一般只能为圆盘，厚度不能太大，同时产品数量有限，这些不足限制了 HPT法的发展。ECAP 方法也存在一些不足，如不能直接生产板材、工件规格较小、需要大功率的设备及昂贵 的模具，因此也限制了其在工业上的应用。上海交通大学在公开号分别为CN101259493、 CN1709605.CN2757953XN2757954和CN2768921的专利技术专利申请中提出的制备超细晶材料 所用的L形、U形、C形、S形转角往复挤压模具和反复镦粗挤压模具仅仅是ECAP方法的改 进，但是上述方法由于所受设备挤压力的限制，不适合制备大块超细晶材料。连续的RCS过 程虽然很容易应用到轧机上，实现细晶材料的工业化生产，但反复弯曲会出现疲劳裂纹，生 产产品的质量不高。ARB法虽然对设备无特殊要求，生产效率和产品质量都高，但生产过程 中对毛坯表面处理与清洗过程繁琐、变形温度和应变量不易控制也限制了它的发展。公开 号分别为CN101117694和CN201186305的专利技术专利申请中提出的镦压方法和公开号分别为 CN201088982和CN201338093的专利技术专利申请中提出的反复挤压方法都是利用模具反复压 缩的多向锻造(Multi Directional Forging, MDF)方式，该技术工艺简单、成本低，但该方 法制备的块体纳米材料结构不均勻，且细化效果较差。西北工业大学在公开号为1446935 的专利技术专利申请中提到的利用强烈塑性变形区转移法制备大面积或棒状超细晶材料的方 法尚处于实验研究阶段。西北工业大学在公开号为CN201371172的专利技术专利申请中提出的 由圆截面变为椭圆截面，再由椭圆截面变为圆截面的型腔变通道挤压模具，用于钢铁和有 色金属的棒材及线材生产，以及大型轴类零件、高速钢和粉末冶金等难变形材料的锻造制 坯，但该方法设备及压力的限制，很难实现当今的工业化和自动化生产。由此可见目前的大塑性成形技术尚不成熟，不适合批量反复工艺过程，所用设备 昂贵且对设备要求也极高，加工成本大，工艺过程复杂，难以满足微塑性成形批量生产的需 要。如何方便地制备超细晶材料，以满足实际科研和生产的需要是材料研究所面临的挑战和发展趋势。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的不适于批量反复工艺过程，所用设备昂贵，加工成本大， 工艺过程复杂，难以满足微塑性成形批量生产的需要的不足，本专利技术提出了一种制备变通 道超细晶铜铝线材的装置及制备方法。本专利技术提出的制备变通道超细晶铜铝线材的装置包括模具、导向轮、换向轮、加热 冷却组件和拉拔组件。模具由模芯和模套组成，模套的内径等同于模芯的外径。模芯是分 为两瓣的中空圆柱体，其内腔为一由圆截面变为椭圆截面、再由椭圆截面变为圆截面的圆 滑过渡变截面形状的型腔；模芯固定在模套内。模芯的型腔分为第一引导段、变形段和第二引导段；模芯型腔的第一引导段为圆 形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为1. 1倍铜铝线材直径，与变形段相邻处的内圆 直径等同于铜铝线材直径；第一引导段的长度为0. 5倍铜铝线材直径；变形段的型腔为变 截面，包括圆-椭圆过渡通道、椭圆转角过渡通道和椭圆-圆过渡通道，其中，圆-椭圆过渡通道与第一引导段相接；圆-椭圆过渡通道型腔的截面由第一引导 段的圆形逐渐光滑过渡为椭圆形，并且圆-椭圆过渡通道型腔的椭圆形截面的面积等同于 圆形截面的面积；圆-椭圆过渡通道椭圆形截面的长短轴之比为1.4 1 1.8 1，长度 为0. 5 0. 8倍铜铝线材直径。椭圆转角过渡通道一端与圆-椭圆过渡通道相接，另一端与椭圆-圆过渡通道相 接。椭圆转角过渡通道型腔的截面为椭圆形，并且该椭圆转角过渡通道的椭圆形型腔绕模 芯中心轴线光滑扭转，使椭圆转角过渡通道两端的椭圆形截面旋转60 90°。椭圆转角过 渡通道的长度为0. 8 1倍铜铝线材直径。椭圆-圆过渡通道与第二引导段相接；椭圆-圆过渡通道型腔的截面由椭圆转角 过渡通道的截面椭圆形逐渐光滑过渡为第二引导段的圆形，并且圆形截面的面积等同于椭 圆-圆过渡通道型腔的椭圆形截面的面积；长度为0. 5 0. 8倍铜铝线材直径。模芯型腔的第二引导段为圆形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为1. 1倍铜 铝线材直径，与变形段相邻处的内圆直径等同于铜铝线材直径；第二引导段的长度为0. 5 倍铜铝线材直径。本专利技术的加热冷却组件包括3片热电偶、加热电阻丝、冷却水套、陶瓷套、温控仪。 模具位于陶瓷套内。陶瓷套位于冷却水套内。温控仪的两端通过导线分别与模具的模套的 两端连接。3片热电偶分别镶嵌在模套壳体两端及中间的内表面。加热电阻丝紧密缠绕在 模套上。拉拔组件包括电动机、贮丝筒和两个涨紧轮；贮丝筒安装在电动机主轴上，两个涨 紧轮分别位于贮丝筒两侧；铜铝线材通过贮丝筒经该贮丝筒一侧的涨紧轮、换向轮和导向轮，穿过模芯，再经 贮丝筒另一侧的导向轮、换向轮和涨紧轮，回到贮丝筒，形成一封闭的金属丝环。本专利技术提出的变通道超细晶线材的制备装置制备超细晶铜铝线材的方法包括以 下步骤第一步，对模芯和铜铝线材预热；将铜铝线材卡入模芯中，经导向轮、换向轮涨紧轮和贮丝筒形成封闭金属丝环；冷却水套通入冷却水；对模芯和铜铝线材预热，预热温度 为90 100°C ；启动电动机，电动机转速为0. 5 lmm/s ；第二步，铜铝线材进行往复拉拔3 6道次；对铜铝线材的拉拔温度控制在200 400°C，铜铝线材的拉拔速度控制在1 2mm/s。进行第一道次拉拔时，铜铝线材从贮丝筒引 出，电动机牵拉铜铝线材通过涨紧轮、换向轮和导向轮进入模芯，穿过第一引导段进入变形 段，依次经过圆-椭圆过渡通道、椭圆转角过渡通道和椭圆-圆过渡通道后，从第二引导段 出来，经电动机牵拉经导向轮、换向轮和涨紧轮再到达贮丝筒，完成贮丝筒的线材第一道次 的拉拔。进行第二道次的拉拔时，调节电动机反向转动；铜铝线材从贮丝筒引出，电动机牵 拉铜铝线材通过涨紧轮、换向轮和导向轮进入模芯，穿过第二引导段进入变本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变通道超细晶铜铝线材的制备装置，包括模具、导向轮（１）、换向轮（１０）、加热冷却组件和拉拔组件；其特征在于，Ⅰ．模具由模芯（８）和模套（４）组成；模套（４）的内径等同于模芯（８）的外径；模芯（８）是分为两瓣的中空圆柱体，其内腔为一由圆截面变为椭圆截面、再由椭圆截面变为圆截面的圆滑过渡变截面形状的型腔；模芯（８）固定在模套（４）内；Ⅱ．模芯（８）的型腔分为第一引导段（Ａ）、变形段（Ｃ）和第二引导段（Ｂ）；模芯（８）型腔的第一引导段（Ａ）为圆形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为１．１倍铜铝线材（２）直径，与变形段（Ｃ）相邻处的内圆直径为等同于铜铝线材直径；第一引导段Ａ的长度为０．５倍铜铝线材（２）直径；变形段（Ｃ）的型腔为变截面，包括圆－椭圆过渡通道（１５）、椭圆转角过渡通道（１６）和椭圆－圆过渡通道（１７），其中，ａ．圆－椭圆过渡通道（１５）与第一引导段（Ａ）相接；圆－椭圆过渡通道（１５）型腔的截面由第一引导段（Ａ）的圆形逐渐光滑过渡为椭圆形，并且圆－椭圆过渡通道（１５）型腔的椭圆形截面的面积等同于圆形截面的面积；圆－椭圆过渡通道（１５）椭圆形截面的长短轴之比为１．４∶１～１．８∶１，长度为０．５～０．８倍铜铝线材（２）直径；ｂ．椭圆转角过渡通道（１６）一端与圆－椭圆过渡通道（１５）相接，另一端与椭圆－圆过渡通道（１７）相接；椭圆转角过渡通道（１６）型腔的截面为椭圆形，并且该椭圆转角过渡通道（１６）的椭圆形型腔绕模芯（８）中心轴线光滑扭转，使椭圆转角过渡通道（１６）两端的椭圆形截面旋转６０～９０°；椭圆转角过渡通道（１６）的长度为０．８～１倍铜铝线材（２）直径；ｃ．椭圆－圆过渡通道（１７）与第二引导段（Ｂ）相接；椭圆－圆过渡通道（１７）型腔的截面由椭圆转角过渡通道（１６）的截面椭圆形逐渐光滑过渡为第二引导段Ａ的圆形，并且圆形截面的面积等同于椭圆－圆过渡通道（１７）型腔的椭圆形截面的面积；长度为０．５～０．８倍铜铝线材（２）直径；ｄ．模芯（８）型腔的第二引导段Ｂ为圆形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为１．１倍铜铝线材（２）直径，与变形段（Ｃ）相邻处的内圆直径等同于铜铝线材（２）直径；第二引导段（Ｂ）的长度为０．５倍铜铝线材（２）直径；Ⅲ．加热冷却组件包括３片热电偶（６）、加热电阻丝（９）、冷却水套（７）、陶瓷套（５）、温控仪（１１）；模具位于陶瓷套（５）内；陶瓷套（５）位于冷却水套（７）内；温控仪（１１）的...
【技术特征摘要】
1. 一种变通道超细晶铜铝线材的制备装置，包括模具、导向轮(1)、换向轮(10)、加热 冷却组件和拉拔组件；其特征在于，I.模具由模芯⑶和模套⑷组成；模套⑷的内径等同于模芯⑶的外径；模芯⑶ 是分为两瓣的中空圆柱体，其内腔为一由圆截面变为椭圆截面、再由椭圆截面变为圆截面 的圆滑过渡变截面形状的型腔；模芯(8)固定在模套内；II.模芯(8)的型腔分为第一引导段(A)、变形段(C)和第二引导段(B)；模芯(8)型 腔的第一引导段(A)为圆形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为1.1倍铜铝线材(2)直径，与变形段(C)相邻处的内圆直径为等同于铜铝线材直径；第 一引导段A的长度为0. 5倍铜铝线材( 直径；变形段(C)的型腔为变截面，包括圆-椭圆 过渡通道(15)、椭圆转角过渡通道(16)和椭圆-圆过渡通道(17)，其中，a.圆-椭圆过渡通道(15)与第一引导段(A)相接；圆-椭圆过渡通道(15)型腔的截 面由第一引导段(A)的圆形逐渐光滑过渡为椭圆形，并且圆-椭圆过渡通道(1 型腔的椭 圆形截面的面积等同于圆形截面的面积；圆-椭圆过渡通道(1 椭圆形截面的长短轴之比 为1.4 1 1.8 1，长度为0.5 0.8倍铜铝线材( 直径；b.椭圆转角过渡通道(16)—端与圆-椭圆过渡通道(15)相接，另一端与椭圆-圆过 渡通道(17)相接；椭圆转角过渡通道(16)型腔的截面为椭圆形，并且该椭圆转角过渡通道 (16)的椭圆形型腔绕模芯(8)中心轴线光滑扭转，使椭圆转角过渡通道(16)两端的椭圆形 截面旋转60 90° ；椭圆转角过渡通道(16)的长度为0. 8 1倍铜铝线材( 直径；c.椭圆-圆过渡通道(17)与第二引导段(B)相接；椭圆-圆过渡通道(17)型腔的截 面由椭圆转角过渡通道(16)的截面椭圆形逐渐光滑过渡为第二引导段A的圆形，并且圆形 截面的面积等同于椭圆-圆过渡通道(17)型腔的椭圆形截面的面积；长度为0. 5 0. 8倍 铜铝线材( 直径；d.模芯(8)型腔的第二引导段B为圆形变直径的通道，该段端面处内圆的直径为1.1 倍铜铝线材(2)直径，与变形段(C)相邻处的内圆直径等同于铜铝线材(2)直径；第二引导 段(B)的长度为0. 5倍铜铝线材( 直径；III.加热冷却组件包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪程鹏，李付国，陈波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。