CN110306135A

CN110306135A - 一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法

Info

Publication number: CN110306135A
Application number: CN201910617260.6A
Authority: CN
Inventors: 徐淑波; 王瀚林; 刘建营; 冯天豪; 李天宇; 王世豪; 陈开元
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2019-10-08

Abstract

本发明公开了一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的新方法，通过调整各个顶杆在万向等通道型腔模具中的不同位置，可实现铝合金材料的连续剧烈塑性变形，挤压一次最多能够积累普通挤压9次的变形量，同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终获得晶粒尺寸均匀且细小的纳米铝合金材料，使其力学性能进一步提高。

Description

一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备纳米铝合金的方法，尤其是涉及一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法，通过调整各顶杆在模具型腔中的不同位置，可制备出晶粒分布和细化程度不同的纳米铝合金材料。

背景技术

铝合金是以铝为基的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性；如今在航空、航天、汽车、机械制造、船舶铝合金及化学工业中已大量应用添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，其“比强度”胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重，采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。

传统的摆碾成形、锻造、拉拔、轧制、旋转锻造、扭转变形、静液挤压等形变强化是提高铝合金材料强度并保证一定韧性的有效方法，而且还可有效细化晶粒，但是通过上述方法获得的材料的织构具有流线型，细化后的晶粒具有方向性，且为小角度晶界；由于铝合金是易变形材料，因此获得材料的塑性性能下降，因此，必须寻求新的技术和工艺方法，进一步提高铝合金材料力学性能，保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法，开发晶粒更细化、匀称的纳米铝合金材料；通过调整各顶杆在模具型腔中的不同位置，可实现铝合金材料的连续剧烈塑性变形，加工一次最多能够积累普通挤压9次的变形量，并且可以同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终获得晶粒尺寸均匀且细小的纳米铝合金材料，使纳米铝合金的力学性能得到进一步提高，保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。

本发明专利的技术方案是：本发明是一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法，包括坯料的准备阶段，顶杆调整阶段和挤压工艺。

材料准备阶段：主要包括铝合金材料准备，铝合金材料的切割设备、材料表面的清洁、喷丸表面处理工艺和水洗工艺。

顶杆调整阶段：通过外部机械装置调整各顶杆在模具型腔中的位置，可实现铝合金材料的连续剧烈塑性变形。

挤压工艺：首先通过外部机械装置调整顶杆形成所需型腔，然后将铝合金棒材挤入已调整好的型腔进行挤压，挤压一次最多能够积累普通挤压9次的变形量，并且可以同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终获得晶粒尺寸均匀且细小的纳米铝合金材料。

采用此种方案，通过调整顶杆在万向方形等通道型腔模具中的位置，挤压成形出不同晶粒度的铝合金材料，该新工艺可以实现铝合金材料组织的纳米化及等轴化。

本发明的有益效果是：通过调整各个顶杆在万向方形等通道型腔模具中的不同位置，可实现铝合金材料的连续剧烈塑性变形，挤压一次最多能够积累普通挤压9次的变形量，同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终获得晶粒尺寸均匀且细小的纳米铝合金材料，使其力学性能进一步提高。

附图说明

下面是结合附图和实施案例对本发明的具体实施方案进行详细地说明。

图1是本发明的模具型腔通道路线立体图。

图2是本发明的模具型腔通道路线主视图。

图3是本发明的模具型腔通道路线左视图。

图4是本发明的模具型腔通道路线俯视图。

图5是本发明的四次剧烈塑性变形挤压的路线图。

图6是本发明的六次剧烈塑性变形挤压的路线图。

图7是本发明的八次剧烈塑性变形挤压的路线图。

实施案例1

四次剧烈塑性变形挤压制备纳米铝合金材料，具体工艺路线示意图如图5阴影部分所示：

1.坯料的准备阶段：铝合金坯料的化学成分及质量分数为：工业纯铝97%、纯铁2%、氧化银0.5%、氧化锌0.5%；在坯料上截取出长方体棒材，并对其进行表面清洁处理和磷化皂化处理，使用二硫化钼10%、氮化硼20%、二硒化钨20%、氟化石墨50%的混合粉末作润滑剂以降低模具与坯料之间的摩擦力。

2.顶杆调整阶段：通过外部机械设备对顶杆进行调整对顶杆A1、A2、A3、A5进行调整至如图5所示位置，调整出实现长方体棒材四次剧烈塑性变形挤压所需要的型腔通道，精确调整顶杆行程密封其它通道，加工完成后顶杆复位。

3.挤压工艺：通过牵引设备对铝合金棒材进行牵引，施加300KN的拉力，运行速度为10mm/s，经过四个拐角的挤压剧烈塑性变形，完成挤压过程，一次实现的变形量是普通挤压变形量的4倍，并且可以同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终实现四次等通道模具型腔挤压，获得纳米铝合金材料。

实施案例2

六次剧烈塑性变形挤压制备纳米铝合金材料，具体工艺路线示意图如图6阴影部分所示：

1.坯料的准备阶段：铝合金坯料的化学成分及质量分数为：工业纯铝96%、纯铁2.5%、氧化银0.75%、氧化锌0.75%；在坯料上截取出长方体棒材，并对其进行表面清洁处理和磷化皂化处理，使用二硫化钼20%、氮化硼10%、二硒化钨20%、氟化石墨50%的混合润滑剂以降低模具与坯料之间的摩擦力。

2.顶杆调整阶段：通过外部机械设备对顶杆进行调整对顶杆A1、A2、A3、A4、A5和A7进行调整至如图6所示位置，调整出实现长方体棒材六次剧烈塑性变形挤压所需要的型腔通道，精确调整顶杆行程密封其它通道，加工完成后顶杆复位。

3.挤压工艺：通过牵引设备对铝合金棒材进行牵引，施加500KN的拉力，运行速度为15mm/s，经过六个拐角的挤压剧烈塑性变形，完成挤压过程，一次实现的变形量是普通挤压变形量的6倍，并且可以同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终实现六次等通道模具型腔挤压，获得纳米铝合金材料。

实施案例3

八次剧烈塑性变形挤压制备纳米铝合金材料，具体工艺路线示意图如图7阴影部分所示：

1.坯料的准备阶段：铝合金坯料的化学成分及质量分数为：工业纯铝95%、纯铁3%、氧化银1%、氧化锌1%；在坯料上截取出长方体棒材，并对其进行表面清洁处理和磷化皂化处理，使用二硫化钼20%、氮化硼20%、二硒化钨10%、氟化石墨50%的混合润滑剂以降低模具与坯料之间的摩擦力。

2.顶杆调整阶段：通过外部机械设备对顶杆进行调整对顶杆A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7和A9进行调整至如图7所示位置，调整出实现长方体棒材八次剧烈塑性变形挤压所需要的型腔通道，精确调整顶杆行程密封其它通道，加工完成后顶杆复位。

3.挤压工艺：通过牵引设备对铝合金棒材进行牵引，施加700KN的拉力，运行速度为20mm/s，经过八个拐角的挤压剧烈塑性变形，完成挤压过程，一次实现的变形量是普通挤压变形量的8倍，并且可以同时实现改变局部剧烈变形量的位置（水平和垂直方向），最终实现八次等通道模具型腔挤压，获得纳米铝合金材料。

本发明所采用的万向方形等通道型腔可实现材料连续剧烈塑性变形的挤压工艺，但均采用现有技术，本发明并不局限于上述所列举的具体实施形式，并且该模具可以延伸出更多或路径相似通道，凡本领域技术人员不经过创造性劳动所能得到的改进，均属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法，开发晶粒更细化、匀称的纳米铝合金材料，其特征是：（a）坯料的准备阶段：铝合金坯料的化学成分及质量分数为：工业纯铝95%~97%、纯铁2%~3%、氧化银0.5%~1%、氧化锌0.5%~1%；在坯料上截取出长方体棒材，并对其进行表面清洁处理和磷化皂化处理，使用二硫化钼10%~20%、氮化硼10%~20%、二硒化钨10%~20%、氟化石墨50%的混合润滑剂以降低模具与坯料之间的摩擦力；（b）顶杆调整阶段：通过外部机械设备控制顶杆，调整出所需要的剧烈塑性变形挤压的型腔通道，精确调整剩余顶杆行程密封其它通道，加工完成后顶杆复位；（c）挤压工艺：通过牵引设备对铝合金棒材进行牵引，施加300~700KN的拉力，运行速度为10~20mm/s，经过挤压剧烈塑性变形，完成挤压过程，获得纳米铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的一种万向方形等通道挤压制备纳米铝合金材料的方法，其特征是：通过调整各顶杆在型腔通道中的位置，可拥有1~9个挤压通道，在挤压过程中除牵引通道外，其它通道采用普通顶杆密封通道，可实现铝合金材料连续剧烈塑性变形挤压，同时实现改变局部剧烈变形位置（水平和垂直方向），最终获得晶粒尺寸均匀且细小的纳米铝合金材料，使其力学性能进一步提高。