專利名稱：一種連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料無模拉拔成形工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料熱加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料無模拉拔成形工藝。

背景技術(shù)：
連續(xù)柱狀晶組織(或連續(xù)纖維晶組織)或單晶組織的金屬材料由于不存在垂直于長度方向的橫向晶界，具有優(yōu)良的塑性加工性能和物理、化學(xué)及力學(xué)性能[謝建新，等.材料加工新技術(shù)與新工藝[M].北京冶金工業(yè)出版社，2004]，在國民經(jīng)濟高技術(shù)領(lǐng)域和國防軍工領(lǐng)域有著重要用途，是目前國內(nèi)外正在積極開發(fā)和推廣應(yīng)用的一類高性能材料。
為了使連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織的金屬材料經(jīng)過塑性變形后仍然為連續(xù)柱狀晶組織(或連續(xù)纖維晶組織)或單晶組織，保持其優(yōu)異的性能，傳統(tǒng)的方法是對具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織的鑄態(tài)金屬坯料采用低溫強加工方法進行組織控制，使該類金屬的塑性加工與退火處理均在低于再結(jié)晶溫度以下進行，包括冷加工、溫加工、低溫退火、回復(fù)退火等，防止產(chǎn)生再結(jié)晶而成為等軸晶組織[Zhang Hong，Xie Jianxin，Wang Zidong.Fabrication of purecopper rods containing continuous columnar crystals by continuous unidirectional solidificationtechnology[J].Journal of University of Science and Technology Beijing，2004，11(3)240～244]。但是，低溫強加工方法存在著工藝流程較長、道次變形量較小、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本較高等問題。
傳統(tǒng)的熱加工方法容易導(dǎo)致連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織金屬材料發(fā)生再結(jié)晶，不能獲得所希望性能的產(chǎn)品。
無模拉拔成形是一種不使用傳統(tǒng)拉拔模具，通過冷熱源的加熱和冷卻控制而進行塑性成形的熱加工方法，具有快速升溫、快速冷卻，高溫下停留時間短，拉拔過程無摩擦，所需拉拔力小，單一道次變形量大，生產(chǎn)效率高等優(yōu)于常規(guī)拉拔工藝的優(yōu)點[Furushima T，ManabeK.Experimental study on multi-pass dieless drawing process of superplastic Zn-22％Al alloymicrotubes[J].Journal of Materials Processing Technology，2007，187(12)236～240]，適合于各種難加工材料、變斷面材料的加工。但迄今為止，未見有關(guān)采用無模拉拔方法加工具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織材料的報道。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料無模拉拔成形工藝，解決常規(guī)低溫強加工成形連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料工藝流程較長、道次變形量較小、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本高，而傳統(tǒng)熱加工成形易導(dǎo)致其組織發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，不能保留連續(xù)柱狀晶組織(或連續(xù)纖維晶組織)或單晶組織所特有的優(yōu)異性能等問題，利用無模拉拔加熱升溫速度快、冷卻速度快，變形區(qū)在高溫下停留時間短的特點，開發(fā)一種適合于連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料的無模拉拔成形工藝，流程短、道次變形量大、加工效率高，且可以保留連續(xù)柱狀晶組織(或連續(xù)纖維晶組織)或單晶組織，獲得具有優(yōu)異性能的產(chǎn)品。
一種連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料無模拉拔成形工藝，工藝如下 以具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織的鑄態(tài)金屬棒材、線材或管材為坯料。無模拉拔時將坯料加熱到其熔點溫度Tm(用絕對溫度表示，單位K)的0.40～0.90倍之間，采用空冷或水冷方式冷卻，水冷時冷熱源距離5～50mm、冷卻水流量40～90L/h。通過控制拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi之比(其中1＜Vo/Vi＜3)得到斷面收縮率最高可達到70％且仍然具有連續(xù)柱狀晶組織(或連續(xù)纖維晶組織)或單晶組織的金屬材料產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點在于 1、成形后的金屬材料仍然具有連續(xù)柱狀晶組織(或連續(xù)纖維晶組織)或單晶組織，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。
2、道次變形量大，生產(chǎn)效率高。
3、不需模具，無摩擦、無潤滑、無污染，生產(chǎn)成本低。



圖1是具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)金屬坯料的金相照片圖。
圖2是具有連續(xù)柱狀晶組織材料經(jīng)無模拉拔加工后的金相照片圖，仍為連續(xù)柱狀晶組織。

具體實施例方式 實施例1 以直徑6mm、具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)Cu-12wt％Al合金線坯為被加工材料，在加熱溫度873K(為其熔點溫度Tm的0.67倍)、空冷、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝2.4的條件下進行無模拉拔成形，得到直徑3.8mm的Cu-12wt％Al合金線材，其組織仍然為連續(xù)柱狀晶組織。
實施例2 以直徑6mm、具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)Cu-12wt％Al合金線坯為被加工材料，在加熱溫度1073K(為其熔點溫度Tm的0.82倍)、水冷、冷熱源距離5mm、冷卻水流量54L/h、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝2.8的條件下進行無模拉拔成形，得到直徑3.5mm的Cu-12wt％Al合金線材，其組織仍然為連續(xù)柱狀晶組織。
實施例3 以直徑6mm、具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)Cu-12wt％Al合金線坯為被加工材料，在加熱溫度1173K(為其熔點溫度Tm的0.90倍)、水冷、冷熱源距離5mm、冷卻水流量90L/h、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝2的條件下進行無模拉拔成形，得到直徑4mm的Cu-12wt％Al合金線材，其組織仍然為連續(xù)柱狀晶組織。
實施例4 以直徑6mm、具有單晶組織的鑄態(tài)Cu-12wt％Al合金線坯為被加工材料，在加熱溫度773K(為其熔點溫度Tm的0.59倍)、水冷、冷熱源距離20mm、冷卻水流量40L/h、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝2.4的條件下進行無模拉拔成形，得到橢圓形截面(表現(xiàn)出典型的類單晶室溫拉伸變形行為)的Cu-12wt％Al合金線材，其組織仍然為單晶組織。
實施例5 以直徑6mm、具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)純銅線坯為被加工材料，在加熱溫度973K(為其熔點溫度Tm的0.72倍)、空冷、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝2.6的條件下進行無模拉拔成形，得到直徑3.7mm的純銅線材，其組織仍然為連續(xù)柱狀晶組織。
實施例6 以外徑10mm、壁厚2mm、具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)BFe10-1-1合金管坯為被加工材料，在加熱溫度1123K(為其熔點溫度Tm的0.81倍)、水冷、冷熱源距離20mm、冷卻水流量55L/h、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝1.2的條件下進行無模拉拔成形，得到外徑7.82mm、壁厚1.56mm的BFe10-1-1合金管材，其組織仍然為連續(xù)柱狀晶組織。
實施例7 以外徑10mm、壁厚1.8mm、具有連續(xù)柱狀晶組織的鑄態(tài)Cu-14.3wt％Al-4wt％Ni合金管坯為被加工材料，在加熱溫度1123K(為其熔點溫度Tm的0.84倍)、水冷、冷熱源距離50mm、冷卻水流量54L/h、拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi的比值Vo/Vi＝1.4的條件下進行無模拉拔成形，得到外徑7.3mm、壁厚1.24mm的Cu-14.3wt％Al-4wt％Ni合金管材，其組織仍然為連續(xù)柱狀晶組織。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料無模拉拔成形工藝，其特征是工藝流程如下
以具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織的鑄態(tài)金屬棒材、線材或管材為坯料；無模拉拔時將坯料加熱到其熔點溫度Tm的0.40～0.90倍之間，采用空冷或水冷方式冷卻，水冷時冷熱源距離5～50mm、冷卻水流量40～90L/h，通過控制拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi之比得到斷面收縮率最高為70％且仍然具有連續(xù)柱狀晶組織或連續(xù)纖維晶組織或單晶組織的金屬材料產(chǎn)品，其中1＜Vo/Vi＜3。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料熱加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種連續(xù)柱狀晶或單晶組織金屬材料無模拉拔成形工藝。工藝流程如下以具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織的鑄態(tài)金屬棒材、線材或管材為坯料；無模拉拔時將坯料加熱到其熔點溫度Tm的0.40～0.90倍之間，采用空冷或水冷方式冷卻，水冷時冷熱源距離5～50mm、冷卻水流量40～90L/h，通過控制拉拔速度Vo與坯料送進速度Vi之比得到斷面收縮率最高為70％且仍然具有連續(xù)柱狀晶組織或連續(xù)纖維晶組織或單晶組織的金屬材料產(chǎn)品，其中1＜Vo/Vi＜3。本發(fā)明的優(yōu)點是成形后的金屬材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。道次變形量大，生產(chǎn)效率高。不需模具，無摩擦、無潤滑、無污染，生產(chǎn)成本低。
文檔編號B21C1/00GK101554636SQ20091008200
公開日2009年10月14日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者劉雪峰, 謝建新 申請人:北京科技大學(xué)