本發(fā)明涉及一種材料加工工程領(lǐng)域，特別是高壓扭轉(zhuǎn)裝置及工藝方法。

背景技術(shù)：

高壓扭轉(zhuǎn)工藝是一種典型的劇烈塑性強變形工藝，采用該工藝可以充分細(xì)化板材晶粒，使晶粒尺寸達(dá)到亞微米或納米級，從而極大的改善材料的物理化學(xué)、力學(xué)和塑性變形等性能。高壓扭轉(zhuǎn)過程中，模具主要由上模和下模組成，工作時上模下行并對試樣施加壓力，達(dá)到既定壓力后下模開始轉(zhuǎn)動，通過主動摩擦在試樣端面上施加一個扭矩，在扭矩和壓力的作用下使試樣發(fā)生壓縮變形和剪切變形。

高壓扭轉(zhuǎn)工藝通常在常溫下進(jìn)行，一般適用于材料具有較好的塑性變形能力的材料，如果材料的塑性變形能力很差，在扭轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。如何使難變形材料通過高壓扭轉(zhuǎn)變形工藝細(xì)化晶粒尺寸是目前研究的重點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于室溫塑性差，難變形合金材料的電場輔助高壓扭轉(zhuǎn)裝置及高壓扭轉(zhuǎn)方法。

本發(fā)明的電場輔助高壓扭轉(zhuǎn)裝置主要包括機架、液壓缸、上下壓頭、上下電極板、上下絕緣墊板、錐齒輪、直齒輪減速器、傳動軸、伺服電機、水冷機和直流脈沖電源。其中，液壓缸的缸體設(shè)在機架的上端，而豎直的液壓缸活塞桿下端從上至下依次設(shè)上絕緣墊板、上電極板及上壓頭底座并由穿過它們的緊固件連在一起。上壓頭下端即上工作面與下壓頭上端即下工作面相對，該下壓頭底座下面從上至下依次設(shè)下電極板、下絕緣墊板及階梯軸并由穿過它們的緊固件連在一起。階梯軸的臺肩沉入機架下橫梁，并通過固定板和螺栓固定在機架上。軸線呈豎直的階梯軸下端設(shè)有一個通過圓螺母固定的從動錐齒輪，其與主動錐齒輪嚙合，該主動錐齒輪設(shè)在軸線呈水平的傳動軸上并通過圓螺母固定，該傳動軸的兩端設(shè)在機架的軸承座上，并且傳動軸一端通過直齒減速器與伺服電機輸出端相連。所述上、下壓頭內(nèi)部設(shè)空腔，每個壓頭上分別設(shè)有進(jìn)、出水口，該進(jìn)、出水口分別通過水管與水冷機的進(jìn)、出水口相連，水管為長度足夠的軟管，從而在對試樣進(jìn)行壓縮扭轉(zhuǎn)的同時冷卻壓頭，防止壓頭因局部過熱產(chǎn)生變形，其中下進(jìn)、出水管跟隨下壓頭一起轉(zhuǎn)動，所述上、下電極板分別與直流脈沖電源相連，通電后可迅速給試樣加熱并實現(xiàn)保溫。

本發(fā)明的電場輔助高壓扭轉(zhuǎn)方法具體如下：

1、將試樣放在下壓頭中心位置，啟動液壓缸，使活塞桿驅(qū)使上壓頭下行，給試樣施加3-5gpa壓力。

2、打開直流脈沖電源，將電流調(diào)至2000-5000a，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至300℃～800℃并進(jìn)行保溫。同時啟動水冷機。

3、啟動伺服電機，其通過直齒減速器及一組錐齒輪驅(qū)使下壓頭勻速轉(zhuǎn)動1-3圈，進(jìn)而為下壓頭提供切向剪切扭矩。

本發(fā)明的工作原理：在高壓扭轉(zhuǎn)過程中，通過電場輔助，使試樣在特定的溫度下進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)，同時在脈沖電流的作用下，定向電子會對金屬合金中的位錯施加一定的推動力，幫助位錯越過前進(jìn)中的障礙，從而提高金屬合金的塑性和韌性，改善其微觀組織與力學(xué)性能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明能使室溫塑性差，難變形的合金材料在電場作用和一定溫度條件下進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)變形。

2、本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易操作。

3、本發(fā)明的方法使室溫塑性差，難變形合金材料的高壓扭轉(zhuǎn)變形成為可能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高壓扭轉(zhuǎn)裝置的主視示意簡圖；

圖2為本發(fā)明高壓扭轉(zhuǎn)裝置的工作原理簡圖。

圖中：1-機架，2-傳動軸，3-主動錐齒輪，4-從動錐齒輪，5-固定板，6-階梯軸，7-下絕緣墊板，8-下電極板，9-下壓頭，10-試樣，11-上壓頭，12-上電極板，13-上絕緣墊板，14-液壓缸活塞桿，15-液壓缸，16-螺栓，17-水管，18-水冷機，19-直流脈沖電源，20-工作臺，21-伺服電機，22-直齒輪減速器，23、24-圓螺母。

具體實施方式

在圖1和圖2所示的電場輔助高壓扭轉(zhuǎn)裝置的主視示意簡圖中，液壓缸15的缸體設(shè)在機架1的上端，而豎直的液壓缸活塞桿14下端從上至下依次設(shè)上絕緣墊板13、上電極板12及上壓頭11底座并由穿過它們的螺栓16連在一起。上壓頭下端即上工作面與下壓頭9上端即下工作面相對，該下壓頭底座下面從上至下依次設(shè)下電極板8、下絕緣墊板7及階梯軸6并由穿過它們的螺栓連在一起。階梯軸6的臺肩沉入機架1下橫梁，并通過固定板5和螺栓固定在機架1上。軸線呈豎直的階梯軸6下端設(shè)有一個通過圓螺母23固定的從動錐齒輪4，其與主動錐齒輪3嚙合，該主動錐齒輪設(shè)在軸線呈水平的傳動軸2上并通過圓螺母24固定，該傳動軸的兩端設(shè)在機架的軸承座上，并且傳動軸2一端通過直齒減速器22與伺服電機21輸出端相連。所述上、下壓頭內(nèi)部設(shè)空腔，每個壓頭上分別設(shè)有進(jìn)、出水口，該進(jìn)、出水口分別通過水管17與水冷機18的進(jìn)、出水口相連，水管17為長度足夠的軟管，其中下進(jìn)、出水管跟隨下壓頭一起轉(zhuǎn)動，所述上、下電極板分別與設(shè)在工作臺20上的直流脈沖電源19相連。

實施例1

將直徑為10mm、高度為1mm的zrtialv合金鋯合金試樣10放置在下壓頭中心位置，啟動液壓缸，使活塞桿驅(qū)使上壓頭下行，給試樣施加3gpa壓力。打開直流脈沖電源，將電流調(diào)至2000a，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至300℃并進(jìn)行保溫。同時啟動水冷機。啟動伺服電機，其通過直齒減速器及一組錐齒輪驅(qū)使下壓頭勻速轉(zhuǎn)動1圈，扭轉(zhuǎn)得到的鋯合金試樣直徑變?yōu)?3mm、厚度變?yōu)?.6mm。平均晶粒尺寸由原始300～350μm變?yōu)?0μm。

實施例2

將直徑為10mm、高度為2mm的zrtialv合金鋯合金試樣放置在下壓頭中心位置，啟動液壓缸，使活塞桿驅(qū)使上壓頭下行，給試樣施加4gpa壓力。打開直流脈沖電源，將電流調(diào)至3000a，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至450℃并進(jìn)行保溫。同時啟動水冷機。啟動伺服電機，其通過直齒減速器及一組錐齒輪驅(qū)使下壓頭勻速轉(zhuǎn)動2圈，扭轉(zhuǎn)得到的鋯合金試樣直徑變?yōu)?6mm、厚度變?yōu)?.8mm。平均晶粒尺寸由原始300～350μm變?yōu)?0μm。

實施例3

將直徑為20mm、高度為1mm的zrtialv合金鋯合金試樣放置在下壓頭中心位置，啟動液壓缸，使活塞桿驅(qū)使上壓頭下行，給試樣施加4gpa壓力。打開直流脈沖電源，將電流調(diào)至4000a，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至650℃并進(jìn)行保溫。同時啟動水冷機。啟動伺服電機，其通過直齒減速器及一組錐齒輪驅(qū)使下壓頭勻速轉(zhuǎn)3圈，扭轉(zhuǎn)得到的鋯合金試樣直徑變?yōu)?8mm、厚度變?yōu)?.5mm。平均晶粒尺寸由原始300～350μm變?yōu)?μm。

實施例4

將直徑為20mm、高度為2mm的zrtialv合金鋯合金試樣放置在下壓頭中心位置，啟動液壓缸，使活塞桿驅(qū)使上壓頭下行，給試樣施加5gpa壓力。打開直流脈沖電源，將電流調(diào)至5000a，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至800℃并進(jìn)行保溫。同時啟動水冷機。啟動伺服電機，其通過直齒減速器及一組錐齒輪驅(qū)使下壓頭勻速轉(zhuǎn)動3圈，扭轉(zhuǎn)得到的鋯合金試樣直徑變?yōu)?4mm、厚度變?yōu)?.7mm。平均晶粒尺寸由原始300～350μm變?yōu)?5μm。