挤压与拉拔新技术

挤压与拉拔新技术

静液挤压简介：挤压方式的一种。通过凸模加压给液体，由液体将压力传给坯料，使金属通过凸模成形。由于坯料侧面无普通挤压时存在的摩擦力所以变形均匀，可提高挤压变形量所需的挤压力也比普通挤压时小。主要用于挤压大变形量的线材、型材或是挤压低塑性材料。

静液挤压所使用的高压介质，一般有粘性液体和粘塑性体。前者如蓖麻油、矿物油等，主要用于冷静液挤压和500～600℃以下的温、热静液挤压；后者如耐热脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等，主要用于较高熔点金属的热静液挤压(坯料加热温度在700℃以上的挤压)。

与普通挤压法一样，根据需要，静液挤压可在不同的温度下进行。一般将金属和高压介质均处于室温时的挤压过程，称为冷静液挤压；在室温以上变形金属的再结晶温度以下的挤压过程，称为温静液挤压；而在再结晶温度以上的挤压过程，称为热静液挤压。

类型：

静液挤压的类型按挤压时的温度不同可分为冷静液挤压和高温静液挤压两种。(1)冷静液挤压在常温下进行。布彼克等人研究的一种兼有拉线作用的线材静液连续挤压，就属于冷静液挤压，它的原理如图2所示。被加工的线坯通过起拉伸作用和密封作用的入口模，在拉力和高压液体的共同作用下被挤出，借助于卷筒的不停转动，便可实现连续挤压。采用这种方法生产线材，可使道次变形率大大超过拉伸极限。冷静液挤压的主要缺点是设备结构与操作比较复杂，卷筒的传动部分在高压室外，需采用高密封技术，每次拉线前的准备时间较长。(2)高温静液挤压使用的高压液体的温度超过金属的再结晶温度的静液挤压。高压液体一般是动物油和矿物油，挤压温度可在300℃左右。采用耐热油脂作为高压液体时，挤压温度最高可达到1000℃；但当挤压温度高于500℃时，通常不用耐热油脂，而使用金属氧化物或一些盐类作高压液体。

优点：摩擦小，变形均匀，模磨损小，材料处于高压介质中，有利于提高材料的变形能力，适用于低温大变形加工。

缺点：需要对坯料进行预加工，介质的填充和排泄，效率低，需要解决高压密封

应用：

粉体材料挤压

热静液挤压同时具有热等静压和挤压成形两种功能，尤其适合于粉体材料的直接挤压成形。

例如，在钢质包套中以70%的相对密度填充高速钢粉末，然后进行热静液挤压，可以获得与铸造坯料经锻造后材料力学性能的制品。采用热等静压工艺处理，然后在400～500℃温度下进行静液挤压，可以获得致密无缺陷的SiC纤维强化铝基复合材料。

包复材料挤压

利用金属流动均匀和具有高静水压力作用等特点，静液挤压非常适合于各种包复材料(或称层状复合材料)的成形。例如，冷静液挤压的铜包铝复合材料，在高温下金属间化合物的包复材料的成形。由于高温和高压作用，容易获得具有完全冶金接合的界面接合质量。

在常规的正挤压中，变形是通过挤压轴将所需的挤压力直接施加于坯料上来实现的，由于挤压筒的长度有限，要实现无间断的连续挤压是不可能的。一般来讲，要实现连续挤压需满足以下两个条件：（1）不需借助挤压轴的直接作用，即可对坯料施加足够的力实现挤压变形；（2）挤压筒应具有无限的连续工作长度，以便实现无限长度的坯料供给。

异型材挤压

由于静液挤压时可以获得良好的润滑条件和均匀涂层流动状态，因而特别适合于内表面或外表面带有细小复杂筋条，且形状与尺寸精度和表面质量要求高的各种异型管材与棒材的成形。静液挤压可以在较低温度下实现大变形程度的高速挤压，所以对于一些高强度铝合金，由于高温脆性的缘故，在普通挤压机上，只能采取很低的速度进行挤压；而静液挤压可以将挤压温度降低至200～300℃，这样既可以避免高温脆性又可以大幅度提高挤压速度。采用静液挤压法，铜及铜合金小尺寸管材可用高达数百的挤压比实现一次挤压成形，大大简化了生产工艺。同时，由于挤压温度较低，可获得细小再结晶组织的制品。

连续挤压技术

1.工艺原理：

连续挤压技术 (英文简称CONFORM)是本世纪70年代国际上出现的有色金属塑性加工新技术，将单一规格的原材料杆坯连续引拽进入旋转的挤压轮轮槽中，原材料杆坯在固定槽中受到径向挤压和摩擦，在巨大的挤压和摩擦力下原材料产生足够的温度并达到再结晶状态，经过腔体从特制的模具中挤出并一次成型，可迅速生产出各种规格的优质铜排、铜棒、铜带坯料及各种铜异型型材，以及铝扁线、铝管、铝排、铝棒等各种铝型材。

工艺特点:

（一）流程短、设备投资少采用上引连铸无氧铜杆作为坯料，一次性挤压成型各种不同规格铜型材，不需要再另外退火、加热、酸洗、切边等其他工艺、正真实现短流程无污染生产，减少了设备投资。（二）能耗低、无外加热源挤压过程原材料坯料通过变形、摩擦的热变形过程产生足够热量，所以不需要外加退火、加热等，大大降低产品单位能耗。（三）损耗少、成品率高无压余、铣面等工艺废料，工艺特点决定了用连续挤压、液压拉拔生产工艺，材料利用率高，铜材成品率达到90%以上。（四）用人少、自动程度高整条流水线实现电脑化智能控制，只需要四、五名员工即可完成连续挤压、液压拉拔的生产。生产不同规格产品仅需要更换模具，快捷方便，适合于小批量，多规格生产。

等通道角挤压：

流程介绍等通道转角挤压是将多晶试样压入一个特别设计的模具中以实现大变形量的剪切变形工艺，主要通过变形过程中的近乎纯剪切作用,使材料的晶粒得到细化, 从而材料的机械和物理性能得到显著改善。ECA P 是一种有效的制备超细晶材料的方法。

它具有以下优点: 与蒸发凝聚-原位冷压成形法、高能球磨法、非晶晶化法等制备超细晶材料的方法相比, ECAP避免了研磨中可能带入的杂质以及超细微粉冷压合成法制备的超细晶材料中存在的大量的微空隙，是制备三维大尺寸的致密超细晶块体材料的有效工艺,具有很大的工业应用潜力;与传统的金属材料塑性加工工艺相比, 由于变形过程中不改变材料的横截面面积和截面形状,故只需较低的工作压力,实现材料的反复定向、均匀剪切变形, 在特别大的变形量下使材料获得均匀、显著细化的晶粒组织。目前一些学者利用该方法已对有色金属、钢铁等材料进行了大量的性能及组织研究、并且进行了计算机模拟和理论分析研究等工作。

等通道转角挤压法首先由Segal 和他的合作者在20 世纪七、八十年代提出,但直到20 世纪90 年代等人利用该技术获得了具有亚微米级晶粒尺寸的铝合金超细晶组织，才逐渐掀起了世界范围内材料研究者对 ECAP 细化材料组织的研究热潮.时至今日，人们已经对包括纯金属、单相合金、多相合金和金属基复合材料等在内的多种材料进行了ECAP 组织细化研究并获得了良好的效果。目前，该技术正在向工业化应用方向发展,如用于加工航空领域的高钛合金螺纹件和汽车领域的内燃机活塞等。另外，大塑性变形后材料的磁滞性提高,有望将ECAP 法用于生产硬磁材料。

工作原理

将横截面尺寸与模具通道尺寸几乎相等的块体材料放入润滑良好的通道入口，在外加载荷的作用下，试样被压入2 通道的交截处时,试样内部发生近似理想的纯剪切变形。由于挤压前后试样的截面形状和面积不发生改变，故多道次挤压可以获得相当大的累计应变量。根据相邻挤压道次间试样相对于模具的轴向旋转方向和角度的不同，ECAP 的工艺路线可分为3 种，即路线 A、 B、 C；。

无模拉拔：

不用凹模的拉拔工艺，其办法是在对金属坯料施加拉伸载荷的同时进行局部加热。由于加热区的变形阻力小，变形集中在该部分。因此，若将加热区连续移动