本發(fā)明涉及一種連續(xù)大塑性變形的方法及所用設(shè)備其應用，屬于塑性加工成形技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明：大塑性變形工藝方法可以使金屬及其合金獲得亞微米晶，甚至納米晶，從而大幅度改善金屬材料的綜合性能。近年來提出和開發(fā)了許多新奇的大塑性變形方法，近幾十年來，備受關(guān)注的大塑性變形(Severe plastic deformation,SPD)因為可以使金屬或合金獲得極細甚至納米晶組織，從而大幅度提高金屬材料的力學性能得以快速發(fā)展。常用的大塑性變形技術(shù)有等徑角擠壓(ECAP)、反復疊軋(ARB)、高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)、多向壓縮(MAC)。隨著大塑性變形的快速發(fā)展，更多組合的和連續(xù)的大塑性變形方法被相繼提出，如重復擠壓-鐓粗(REU)、往復擠壓-壓縮(CEC)、反復折皺-壓直(RCS)、連續(xù)剪切(Conshearing)、等徑角擠-連續(xù)擠壓(ECAP-Conform)、重復連續(xù)擠壓(R-Conform)等。盡管采用大塑性變形制備的超細晶可使材料的強度得到大幅度提高，但是通常情況下，會犧牲材料的部分塑性，甚至會使材料的塑性大幅度降低。因此，如何在提高強度的同時保證大變形細晶材料的塑韌性依舊是個待解決的問題。目前，通過低溫大變形后退火獲得的材料不僅呈現(xiàn)出較高的塑性，也保留了一定的強度。
目前，大塑性變形方法大都處在實驗階段，即使有些大塑性變形手段已經(jīng)運用到實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，但是規(guī)模有限。因此，人們?nèi)匀辉谠噲D將大塑性變形方法由實驗室研究階段逐漸向商業(yè)化應用推進，表明這一領(lǐng)域迫切需要不斷研究開發(fā)商業(yè)化應用的大塑性變形工藝方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有大塑性變形方法存在的不足之處，提供一種連續(xù)大塑性變形的方法。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的方法，其實施方案為：
將當量直徑為d1的待加工材料通過連續(xù)擠壓成當量直徑為D1的擠壓制品；對當量直徑為D1的擠壓制品進行拉伸，得到當量直徑為d2的待加工材料；然后對當量直徑為d2的待加工材料進行連續(xù)擠壓，得到當量直徑為D2的擠壓制品；對當量直徑為D2的擠壓制品進行拉伸，得到當量直徑為d3的待加工材料；對當量直徑為di的待加工材料進行連續(xù)擠壓，得到當量直徑為Di的擠壓制品，對當量直徑為Di的擠壓制品進行拉伸，得到當量直徑為d(i+1)的待加工材料，所述i為正整數(shù)且大于等于2；重復連續(xù)擠壓-拉伸直至得到成品；
所述D1大于d1，所述D1大于d2；所述D2大于d2，所述D2大于d3；所述Di大于di，所述Di大于d(i+1)。
作為優(yōu)選方案，所述D1＝D2＝Di。
作為優(yōu)選方案，所述d1＝d2＝di＝d(i+1)。
當D1＝D2＝Di，d1＝d2＝di＝d(i+1)時，定義一個循環(huán)；所述一個循環(huán)為：連續(xù)擠壓以及對該次連續(xù)擠壓所得制品進行拉伸；經(jīng)n個循環(huán)后，名義累積應變量為：
式1中，n為循環(huán)次數(shù)，D＝D1＝D2＝Di，d＝d1＝d2＝di＝d(i+1)。
作為優(yōu)選方案，所述i選自2-10中任意一個整數(shù)。進一步優(yōu)選為3-5中任意一個整數(shù)、更進一步優(yōu)選為3或4。
在本發(fā)明中，對當量直徑為d1的待加工材料通過連續(xù)擠壓成當量直徑為D1的擠壓制品；對當量直徑為D1的擠壓制品進行拉伸，得到當量直徑為d2的待加工材料；此時n計為1。
本發(fā)明提出了一種循環(huán)連續(xù)擠壓－拉伸的連續(xù)大塑性變形方法，包括將直徑為d的桿料利用擴展模技術(shù)連續(xù)擠壓成直徑為D的擠壓制品(即D大于d)，然后又將其拉伸成直徑為d的線材，接著又將直徑為d的線材，擴展連續(xù)擠壓為直徑為D的產(chǎn)品，如此地循環(huán)以實現(xiàn)連續(xù)大塑性變形。
在本發(fā)明中，對當量直徑為Di的擠壓制品進行拉伸，得到當量直徑為d(i+1)的待加工材料時，可直接一次性拉伸至d(i+1)，也可經(jīng)多道次拉伸至d(i+1)。
作為優(yōu)選方案，Di/di＝1.5-1.8，進一步優(yōu)選為1.55-1.6。
作為優(yōu)選方案，所述連續(xù)擠壓和拉伸的環(huán)境溫度為室溫。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述設(shè)備包括連續(xù)擠壓裝置和拉伸裝置，所述連續(xù)擠壓裝置包括加料部件、擠壓部件、堵頭、擠壓模；所送入的料經(jīng)連續(xù)擠壓裝置擠壓后，得到設(shè)定當量直徑的擠壓制品；所述拉伸裝置包括拉伸模；物料經(jīng)拉伸裝置處理后，得到設(shè)定當量直徑的拉伸制品。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述加料部件為加料輪，所述擠壓部件為擠壓輪。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述連續(xù)擠壓裝置還包括封槽塊和靴體座。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，所述擠壓輪與封槽塊之間的間隙為d。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的設(shè)備，待擠壓物料經(jīng)加料輪送入擠壓輪與封槽塊之間的間隙，經(jīng)擠壓輪送入擠壓模內(nèi)進行擠壓，所述堵頭阻止待擠壓物料被擠壓輪帶出。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的方法的應用，包括將所述方法用于純鋁、鋁合金、鎂合金、銅合金中的至少一種。優(yōu)選為純鋁或鋁合金。
本發(fā)明一種連續(xù)大塑性變形的方法的應用，作為優(yōu)選方案，所述鋁合金選自1XXX、3XXX和5XXX鋁合金中的至少一種。
為了方便工業(yè)上的應用，本發(fā)明中D＝D1＝D2＝Di，d＝d1＝d2＝di＝d(i+1)。
原理和優(yōu)勢
Conform連續(xù)擠壓有著特殊的變形熱力學條件，其變形溫度隨著金屬不斷進入變形區(qū)會因塑性變形熱和摩擦熱的共同作用逐漸升高，且變形區(qū)內(nèi)存在一劇烈剪切帶(Intense Internal Shear Band,IISB)，IISB不僅能改善變形的均勻性而且可以提高金屬的塑性加工性能。同時，連續(xù)擠壓過程中合金發(fā)生了強烈的剪切變形，產(chǎn)生大量的位錯和位錯纏結(jié)，形成取向差較小的亞晶結(jié)構(gòu)；隨著變形程度的加劇，合金的溫度升高，促進了動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，小角度晶界通過吸收位錯等方式長大成大角度晶界，使亞晶逐漸轉(zhuǎn)變成細小均勻的等軸晶，有效地提高了材料的綜合性能。利用計算機模擬技術(shù)通過對連續(xù)擠壓成形過程的溫度場研究，表明變形體在塑性變形的同時由于摩擦熱和變形熱作用變形體和模具的溫度場不斷發(fā)生變化。坯料的溫度從入口處的20℃上升到出口處的400～500℃，擠壓銅合金時溫度達到更高，且變形體溫度隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加有所提高。
拉拔可以實現(xiàn)一定變形量的冷變形，在這個過程中合金產(chǎn)生加工硬化，強度提高而塑性降低，通常要通過中間退火工藝來實現(xiàn)大的塑變形。
大塑性變形組織細化機理是隨著變形的增加產(chǎn)生大量位錯，位錯相互作用形成高角度晶界，從而應變誘發(fā)連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶，細化晶粒。因此，大塑性變形通常在室溫下進行。但室溫下材料塑性較差，常常容易產(chǎn)生大的加工硬化或斷裂，且變形后組織極不穩(wěn)定，因此，本發(fā)明巧妙的將大塑性變形與熱處理結(jié)合進行，以提高材料性能。本發(fā)明通過合適的工裝和模具設(shè)計，使得材料在連續(xù)擠壓后橫截面尺寸可增大，而在隨后的拉伸變形又可以變形到原始尺寸，這樣可以不斷循環(huán)實現(xiàn)大塑性變形，改善了材料性能。
本發(fā)明具有以下優(yōu)勢
(1)是一種簡單可行的連續(xù)大塑性變形方法，可廣泛應用于大長度的中小規(guī)格管、棒、型、線材生產(chǎn)；
(2)產(chǎn)品組織性能均勻；
(3)冷、熱變形交替進行，可以利用連續(xù)擠壓對拉拔冷變形進行動態(tài)退火或時效處理；
(4)可以分別得到經(jīng)不同道次循環(huán)后的擠壓或者拉拔制品。
附圖說明
附圖1為本發(fā)明所設(shè)計設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及工藝原理示意圖。
具體實施方式：
實施例1
首先，將直徑為d＝9.5mm的連鑄連軋1050鋁合金盤圓桿料利用擴展模技術(shù)連續(xù)擠壓成直徑為D＝15mm的擠壓制品，擠壓輪速度為22rpm，擠壓出口溫度為460℃，出?？?500mm進入水槽成冷卻、吹干、收卷；然后，將直徑為D＝15mm的擠壓制品經(jīng)過8道次后拉拔成直徑為d＝9.5mm的線桿；將直徑為d＝9.5mm的拉制線桿表面清洗、漂洗、吹干后再次利用擴展模技術(shù)，在相同條件下連續(xù)擠壓成直徑為D＝15mm的擠壓制品。如此循環(huán)4次，分別測量各道次連續(xù)擠壓和拉拔后的1050鋁合金拉伸力學性能，結(jié)果如表1,可見其力學性能均得到明顯提高。
表1 1050鋁合金n次循環(huán)連續(xù)擠壓和拉拔后的拉伸力學性能