一種電場輔助高壓扭轉裝置及高壓扭轉方法制造方法及圖紙

一種電場輔助高壓扭轉裝置，其液壓缸活塞桿下端依次設上絕緣墊板、上電極板及上壓頭底座，上壓頭與下壓頭相對，該下壓頭底座下面依次設下電極板、下絕緣墊板及階梯軸，階梯軸下端設有一個從動錐齒輪，與其嚙合的主動錐齒輪設在傳動軸上并與伺服電機相連。所述上、下壓頭內部為空腔，其上分別設有進、出水口。所述上、下電極板分別與直流脈沖電源相連。本發(fā)明專利技術的高壓扭轉方法，即將試樣放在下壓頭中心位置，啟動液壓缸，驅使上壓頭下行，給試樣施加壓力；打開直流脈沖電源，使試樣升溫至300℃～800℃并進行保溫；啟動伺服電機，其通過一組錐齒輪驅使下壓頭勻速轉動。本發(fā)明專利技術能使室溫塑性差，難變形的合金材料進行高壓扭轉變形。

Electric field auxiliary high pressure torsion device and high voltage torsion method

A field assisted high pressure torsion device, the lower end of the piston rod of the hydraulic cylinder are arranged on the insulating plate on the electrode plate and the head base on pressure head and pressure head relative to the head, under the bottom of the base are arranged under the electrode plate and a lower insulating plate and the stepped shaft, the lower end is provided with a driven shaft bevel gear, bevel gear meshed with the drive shaft and is connected with a servo motor. The inner part of the upper and lower pressure heads is a hollow cavity, and the upper and the lower pressure heads are respectively provided with an inlet and a water outlet. The upper and lower electrode plates are respectively connected with a DC pulse power supply. High pressure torsion method of the invention, the specimen is placed on the head start center position, hydraulic cylinder, drive head down, to put pressure on samples; open DC pulse power supply, so that the sample is heated to 300 DEG to 800 DEG C and insulation; start the servo motor through a set of bevel gears driven by the pressure head uniform rotation. The invention can make room temperature plasticity poor and difficult to deform alloy material subjected to high pressure torsion deformation.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種電場輔助高壓扭轉裝置及高壓扭轉方法
本專利技術涉及一種材料加工工程領域，特別是高壓扭轉裝置及工藝方法。
技術介紹
高壓扭轉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化板材晶粒，使晶粒尺寸達到亞微米或納米級，從而極大的改善材料的物理化學、力學和塑性變形等性能。高壓扭轉過程中，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，達到既定壓力后下模開始轉動，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。高壓扭轉工藝通常在常溫下進行，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變形工藝細化晶粒尺寸是目前研究的重點。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術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裝置及高壓扭轉方法。本專利技術的電場輔助高壓扭轉裝置主要包括機架、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、下壓頭內部設空腔，每個壓頭上分別設有進、出水口，該進、出水口分別通過水管與水冷機的進、出水口相連，水管為長度足夠的軟管，從而在對試樣進行壓縮扭轉的同時冷卻壓頭，防止壓頭因局部過熱產(chǎn)生變形，其中下進、出水管跟隨下壓頭一起轉動，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。本專利技術的電場輔助高壓扭轉方法具體如下：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，將電流調至2000-5000A，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至300℃～800℃并進行保溫。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使下壓頭勻速轉動1-3圈，進而為下壓頭提供切向剪切扭矩。本專利技術的工作原理：在高壓扭轉過程中，通過電場輔助，使試樣在特定的溫度下進行高壓扭轉，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性能。本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：1、本專利技術能使室溫塑性差，難變形的合金材料在電場作用和一定溫度條件下進行高壓扭轉變形。2、本專利技術的裝置結構簡單，容易操作。3、本專利技術的方法使室溫塑性差，難變形合金材料的高壓扭轉變形成為可能。附圖說明圖1為本專利技術高壓扭轉裝置的主視示意簡圖；圖2為本專利技術高壓扭轉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裝置的主視示意簡圖中，液壓缸15的缸體設在機架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、下壓頭內部設空腔，每個壓頭上分別設有進、出水口，該進、出水口分別通過水管17與水冷機18的進、出水口相連，水管17為長度足夠的軟管，其中下進、出水管跟隨下壓頭一起轉動，所述上、下電極板分別與設在工作臺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，將電流調至2000A，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至300℃并進行保溫。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使下壓頭勻速轉動1圈，扭轉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，將電流調至3000A，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至450℃并進行保溫。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使下壓頭勻速轉動2圈，扭轉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，將電流調至4000A，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至650℃并進行保溫。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使下壓頭勻速轉3圈，扭轉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，將電流調至5000A，于是脈沖電流產(chǎn)生的等離子體能使試樣內部離子放電產(chǎn)熱，試樣溫度迅速升至800℃并進行保溫。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使下壓頭勻速轉動3圈，扭轉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。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種電場輔助高壓扭轉裝置，其特征在于：液壓缸的缸體設在機架的上端，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、下壓頭內部設空腔，每個壓頭上分別設有進、出水口，該進、出水口分別通過水管與水冷機的進、出水口相連，水管為長度足夠的軟管，其中下進、出水管跟隨下壓頭一起轉動，所述上、下電極板分別與直流脈沖電源相連。

【技術特征摘要】
1.一種電場輔助高壓扭轉裝置，其特征在于：液壓缸的缸體設在機架的上端，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、下壓頭內部設空腔，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：駱俊廷，駱姝伊，陳科，郝增亮，張春祥，劉日平，
申請(專利權)人：燕山大學，
類型：發(fā)明
國別省市：河北,13