往复式挤压晶粒细化装置及利用该装置的挤压细化方法，装置包括由挤压桶、半凹模和阳模组成的挤压模具，其两边设置螺杆，螺杆穿过阳模上下分别固定的模具连接横梁并与其固定，模具连接横梁的两端又与模具翻转连接横梁固定，模具翻转连接横梁上向外固定有轴，轴设置在轴架上，轴架通过弹簧固定于模具翻转连接横梁两侧的支架上，该装置还包括挤压杆；挤压细化方法，包括凹模合模，用压力机将被挤压材料挤压和镦粗，挤压模具翻转１８０°后再进行挤压和镦粗。本发明专利技术实现了在单缸压力机上不同道次的往复式挤压，使材料产生揉搓作用，集正挤压与镦粗于一体的变形过程，使材料产生强烈的塑性变形从而获得综合性能优良的细晶材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种挤压装置及利用该装置的挤压方法，特别涉及一种往复式挤压晶粒的细化装置及利用该装置的挤压细化方法。
技术介绍
针对传统材料存在的缺点，从材料内部组织、结构和材料性能的关系入手，研究传统材料的改造和新型材料的开发应用已愈来愈重要。提高材料的性能大多集中在使晶粒细化，合金材料在获得超细组织后，其物理、力学性能往往得到显著提高。晶粒细化至亚微米级或纳米级别时，材料表现出一些超常的性质。细化材料的组织有许多方法冶金学方法(如通过合金化细化晶粒)、快速凝固、热处理方法和热机械加工及复合材料等。然而，这些研究或多或少有一些技术瓶颈没有突破。通过合金化细化晶粒提高合金性能的手段，目前已经达到最佳状态，再想得到更细化的晶粒度，合金化手段已经无能为力了，并且有些合金元素价格极为昂贵，成本较高。通过快速凝固手段得到的薄带材、粉末、细片都可以获得纳米晶或非晶，但无法直接应用，通常采用粉末冶金方法获得块体材料，但这种手段存在工艺复杂，粉末表面易氧化、污染、成本昂贵等缺点，使这类方法的使用受到一定限制。通过普通热挤压手段在一定程度上也能细化晶粒，但随着挤压道次的增加，材料的径向尺寸越来越小，因此变形程度受限；同时通过普通热挤压不能得到均匀的变形和获得各向同性的块体材料。采用强烈塑性变形技术细化晶粒，提高材料性能的方法是目前发展的热点，高挤压比挤压(High Extrusion Ratio Extrusion)、震动冲击(Shock Loading)、高压扭转(Torsion Under Compression)、等通道角型挤压(Equal ChannelAngular Pressing)、叠轧(Accumulative Roll Bonding)、轧制热机械处理(Rolling Typed Thermomechanical Treatment)等都是强烈塑性变形方法的代表，采用这些方法可以获得具有亚微米或纳米晶组织。但是都各有特点，比如为了获得大的变形量，高压扭转加工薄片状试样，但加工后的组织不均匀，使其应用受到限制；等通道角型晶粒细化方法是一种实用有效的方法，加工过程中试样形状始终可保持不变，因而可以反复变形产生大的应变，获得均匀致密的组织，并能够加工较大体积试样，但等通道角型挤压单次变形量较小，其挤压一次时产生的应变最大值近似为1。复合材料的制备过程中也常采用粉末冶金、熔渗或自生等手段，其中粉末冶金、熔渗的工艺复杂，成本较高，自生的方法较难获得组织均匀的复合材料。因此在复合材料的制备过程中常伴随使用挤压或其他手段以细化组织。在文献《采用沙漏挤压工艺制备超细晶材料》(选自《热加工工艺》2001年第2期10-12页，作者陆文林)和《沙漏挤压镦粗复合加工技术》(选自《塑性工程学报》第7卷第4期1-4页，作者陆文林)中，介绍了沙漏挤压工艺原理示意图及制成中提到挤压筒固定，顶杆A、B向f方向同步运动时，试样在型腔A中受到挤压变形，在型腔B受到镦粗变形，当试样向这个方向变形完毕后，顶杆A、B可以再向相反的方向同步运动，试样再次发生挤压、镦粗变形，或顶杆固定，两侧的挤压桶往复运动实现沙漏挤压工艺。两篇文章对于具体模具的工作方式及是否是单缸压力机并没有涉及；台湾专利技术专利《改善合金材料性质之方法及装置与其产品》(第0082100065号，专利公告号00245662，国际专利分类号B21B 23/00，公告日期1995年04月21日)及《往复式挤压成型方法及其加工装置》(第129012号，专利公告号00424013，国际专利分类号B21C 23/24，公告日期2001年03月01日)中的方法及装置均采用两个挤压缸体挤压方式，即水平方向两个挤压缸同步动作，一边的缸体向右(左)运动时另一边的缸体同步同速度也向右(左)运动，然后相反方向运动，从而往复挤压，但不能实现单缸压力机的往复挤压。因此，以上方法及装置都未涉及单缸压力机的往复挤压装置及加工工艺。
技术实现思路
为了解决晶粒细化现有技术成本高、无法获得块体材料或不能使晶粒得到均匀变形和不能获得各向同性的块体材料的问题，本专利技术的目的在于提供一种往复挤压晶粒细化装置，该装置能够利用在单缸压力机上实现往复式挤压而得到均匀的等轴晶及各向同性的细晶材料。本专利技术的另一目的在于提供一种利用该装置的挤压细化方法。本专利技术所采用的技术方案是往复式挤压晶粒细化装置，包括挤压模具，挤压模具包括挤压桶1，挤压桶1通过半凹模3和半凹模17与挤压桶6连接，挤压桶1、半凹模3、半凹模17与挤压桶6形成模具型腔，挤压桶1中间设置阳模18，挤压桶6中间设置阳模12，阳模18的上部固定有模具连接横梁21，阳模12的下部固定有另一模具连接横梁9，挤压模具的两边设置螺杆，螺杆的两端穿过上下两模具连接横梁，螺杆的两边设置模具翻转连接横梁，模具翻转连接横梁的两端纵向开有长孔，上下两模具连接横梁的两端穿过长孔并与模具翻转连接横梁固定，模具翻转连接横梁上向外固定有轴，轴设置在轴架上，轴架通过弹簧固定于模具翻转连接横梁两侧的支架上，该装置还包括放置在挤压桶1上或挤压模具翻转后放置在挤压桶6上的挤压杆。下部的模具连接横梁下放置垫铁。挤压桶1的外壁设置加热体2，挤压桶6的外壁设置加热体7。半凹模3中插入热电偶。挤压杆为U型。本专利技术的挤压细化方法，包括上述方案的往复式挤压晶粒细化装置，该装置按以下步骤工作(一)、将半凹模3、半凹模17用压力机压入挤压桶1后，再压入挤压桶6进行合模，然后将被挤压材料装入由挤压桶1、半凹模3、半凹模17与挤压桶6形成的模具型腔；(二)、压力机在模具连接横梁21上施压，使阳模18和阳模12的两端被加压，将被挤压材料预变形，并使模具型腔减小，实现被挤压材料与模具型腔等体积，旋紧螺母和螺栓，准备挤压；(三)、将挤压杆放在挤压桶1上，用压力机压下挤压杆，使挤压桶1、半凹模3、半凹模17和挤压桶6整体向下运动，被挤压材料经过半凹模3和半凹模17颈缩区时被正挤压变细，同时被挤压材料在颈缩区另一端被压缩镦粗变形；(四)、抬起压力机压头，取下挤压杆，弹簧向上托起模具翻转连接横梁和模具连接横梁9及21，将模具翻转180°，然后再将挤压杆放在挤压桶6上，重复第三步工序，实现对被挤压材料同时挤压和镦粗变形的过程； (五)、达到设计的挤压道次后，取下挤压杆，松开螺母和螺栓，从翻转机构上取下模具，用一个大拆模钢管套在挤压桶6上撑住挤压桶1，压力机压头直接在阳模18上施压，直到挤压桶1与半凹模3和半凹模17脱离，然后翻转用另一小直径小拆模钢管撑住挤压桶6，在阳模12上施压，直到挤压桶6与半凹模3和半凹模17脱离，分开并取下半凹模3和半凹模17，取出被挤压材料，即完成被挤压材料的挤压细化工作。热挤压时，将加热体2和加热体7分别与电源接通，在设定的温度下加热。本专利技术的有益效果是(1)本装置可以实现在单缸压力机上进行往复式冷热挤压，因此适用面极广，可以节约能源，降低生产成本；(2)更换不同颈缩区内径尺寸的半凹模，就可以方便地调整往复挤压的挤压比，从而实现不同挤压比的往复挤压；(3)挤压模具安装在翻转机构上的设计不仅满足了在单缸压力机上进行往复式挤压的要求，而且在翻转机构上翻转模具就能够进行不同道次的往复挤压，降低了劳动强度，也可本文档来自技高网...
【技术保护点】
往复式挤压晶粒细化装置，包括挤压模具，所述挤压模具包括挤压桶（１），挤压桶（１）通过半凹模（３）和半凹模（１７）与挤压桶（６）连接，挤压桶（１）、半凹模（３）、半凹模（１７）与挤压桶（６）形成模具型腔，挤压桶（１）中间设置阳模（１８），挤压桶（６）中间设置阳模（１２），其特征在于，所述阳模（１８）的上部固定有模具连接横梁（２１），所述阳模（１２）的下部固定有另一模具连接横梁（９），所述挤压模具的两边设置螺杆（８），螺杆（８）的两端穿过模具连接横梁（９）及模具连接横梁（２１），螺杆（８）的两边设置模具翻转连接横梁（１３），模具翻转连接横梁（１３）的两端纵向开有长孔（１９），模具连接横梁（９）及（２１）的两端穿过长孔（１９）并与模具翻转连接横梁（１３）固定，模具翻转连接横梁（１３）上外侧固定有轴（１５），所述轴（１５）设置在轴架（１６）上，所述轴架（１６）通过弹簧（１４）固定于模具翻转连接横梁（１３）两侧的支架（１０）上，该装置还包括放置在挤压桶（１）上或挤压模具翻转后放置在挤压桶（６）上的挤压杆（２３）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，张忠明，郭学锋，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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