專利名稱：基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料的改性方法，尤其是一種結(jié)合了變形量大于
10%的預(yù)應(yīng)形和再結(jié)晶技術(shù)的金屬材料變性方法，具體地說是一種基于大應(yīng)變
變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，對預(yù)變形后的金屬材料進行再結(jié)晶熱處理，是獲得細晶金屬 材料最為有效的工藝方法之一。當其他條件相同時，再結(jié)晶的晶粒度與金屬
材料的預(yù)變形度直接相關(guān)。當變形度在2%以下時，由于晶格畸變很小，不足 以引起再結(jié)晶，所以晶粒大小基本不變；當變形度在2% 10%范圍內(nèi)，因變 形量小且極不均勻，形核率低，再結(jié)晶后的晶粒非常粗大；當變形度超過10% 后，隨著變形度的增加，晶格畸變增加，形核率隨之提高，再結(jié)晶后晶粒被 細化。因此，對于擬通過再結(jié)晶獲得細晶金屬材料的工藝，實現(xiàn)金屬材料的 大應(yīng)變預(yù)變形加工是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。同時，合理的織構(gòu)取向?qū)饘俨牧系?沖壓性能、磁性能等具有決定性的影響。
目前，實現(xiàn)金屬材料大應(yīng)變變形加工的技術(shù)主要包括多對軋制輪軋制技 術(shù)和等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)(Equal Channel Angular Pressing,簡稱ECAP)。
其中，多對軋制輪軋制技術(shù)具有能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的特征，但存在對材料施加 的應(yīng)變量有限、難以實現(xiàn)橫切面等同大應(yīng)變(其表層的應(yīng)變量大而心部的應(yīng) 變量小)和對形變材料的織構(gòu)取向調(diào)控能力較低等不足；而對于ECAP技術(shù)而 言，雖然可以在不改變材料形狀的情況下對金屬材料實施橫切面等同大應(yīng)變 加工以及可以對形變織構(gòu)的取向進行調(diào)控，但是這項技術(shù)由于有限的擠壓沖 頭行程，將其限定為一種不連續(xù)、低生產(chǎn)效率、高成本的大應(yīng)變變形加工方 法。盡管自20世紀90年代中期以來，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)和學(xué)者就連續(xù)ECAP 技術(shù)做了一些有益的探索，但均未從根本上解決連續(xù)ECAP變形加工所涉及的關(guān)鍵技術(shù)或尚停留在實驗室研究階段難以工業(yè)化應(yīng)用。
因此，到目前為止，尚未得到一種可供實際工業(yè)化生產(chǎn)的基于大應(yīng)變變 形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前大應(yīng)變加工及后續(xù)熱處理難以獲得織構(gòu)可控晶 粒細小金屬材料的問題，發(fā)明一種基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金
屬材料的制備方法，以獲得細晶材料并使材料的XRD譜(即X射線衍射譜) 與理想狀態(tài)相接近。
本發(fā)明的技術(shù)方案是-
一種基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法，包括 大應(yīng)變預(yù)變形和再結(jié)晶熱處理，其特征是所述的大應(yīng)變預(yù)變形是使坯料首先 經(jīng)過多對軋制輪軋制變薄，同時使經(jīng)過多對軋制輪軋制的坯料的變形量不小 于0.4;其次在最后一對軋制輪的出口處安裝等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，使經(jīng)軋 制輪軋薄后的坯料在軋制輪驅(qū)動下直接進入所述的擠壓模具中進行大剪切應(yīng) 變以實現(xiàn)橫切面等同大應(yīng)變并對坯料的織構(gòu)取向進行改變得到大應(yīng)變預(yù)變形 坯料；所述的再結(jié)晶熱處理是將經(jīng)過前述大應(yīng)變預(yù)變形方法獲得的坯料送入 熱處理爐中，在150 500'C下，保溫O. 5 2h，然后空冷即可。
所述的軋制輪對中的上軋制輪和下軋制輪同步旋轉(zhuǎn)或異步旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的有益效果
(1) 本發(fā)明綜合了多對軋制輪軋制技術(shù)和等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)兩者的優(yōu) 點，實現(xiàn)了對金屬材料進行均勻連續(xù)的大應(yīng)變預(yù)變形，用本發(fā)明的方法加工
的金屬材料的變形量〉50%。
(2) 在預(yù)變形過程中，通過采用組合式結(jié)構(gòu)，即將連續(xù)軋制與等通道變 形相結(jié)合，利用連續(xù)軋制的驅(qū)動力為能源，可使能耗(獲得單位應(yīng)變量所消 耗的能量)比單獨使用多對軋制輪軋制時降低88.5%，應(yīng)變效率(獲得單位 應(yīng)變量所消耗的時間)比多對軋制輪軋制技術(shù)提高了35.0%，橫切面上的應(yīng) 變均勻性比單狡使用多對軋制輪軋制時提高了 198%、比單獨使用ECAP技 術(shù)加工時提高了84.9%。(3) 本發(fā)明對金屬材料的織構(gòu)取向具有很強的調(diào)控能力，經(jīng)實踐證明采 用本發(fā)明方法所制備金屬材料的XRD譜(即X射線衍射譜)與其理想狀態(tài)下 的XRD譜非常接近(圖1)。
(4) 采用本發(fā)明所制備的金屬材料的晶粒大小可達到1 2微米，亞晶 粒大小達50納米左右，其屈服強度較原始坯料可提高60%以上，硬度較原始 坯料可提高40 90%。


圖1是本發(fā)明實施例中的純鋁本的標準XRD譜圖。 圖2是未經(jīng)本發(fā)明方法處理的工業(yè)鋁的XRD譜圖。 圖3是經(jīng)本發(fā)明方法處理后的工業(yè)鋁的XRD譜圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖3所示。
一種基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法，包括 大應(yīng)變預(yù)變形和再結(jié)晶熱處理，所述的大應(yīng)變預(yù)變形是使坯料首先經(jīng)過多對 軋制輪軋制變薄，同時使經(jīng)過多對軋制輪軋制的坯料的應(yīng)變量不小于0. 4(下 壓量即變薄量不小于50%);其次在最后一對軋制輪的出口處安裝等通道轉(zhuǎn)角 擠壓模具，使經(jīng)軋制輪軋薄后的坯料在軋制輪驅(qū)動下直接進入所述的擠壓模 具中進行大剪切應(yīng)變以實現(xiàn)橫切面等同大應(yīng)變并對坯料的織構(gòu)取向進行改變 得到大應(yīng)變預(yù)變形坯料，所述的軋制輪對由上、下軋制輪組成，且上、下軋 制輪同速反向旋轉(zhuǎn)或異速反向旋轉(zhuǎn)，且上、下軋制輪之間的距離可調(diào)，以滿 足不同規(guī)格的坯料的軋制；所述的再結(jié)晶熱處理是將經(jīng)過前述大應(yīng)變預(yù)變形 方法獲得的坯料送入熱處理爐中，在150 50(TC下，保溫0.5 2h，然后空 冷即可。
以下是按照本發(fā)明的方法基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材 料制備的實例，但不僅僅限于這些實例，對于不同成分的坯料，只要采用本 發(fā)明所述方法，均可達到本發(fā)明的目的。
實施例1:坯料采用退火態(tài)工業(yè)純鋁，其中軋制應(yīng)變量1.75 (下壓量80%)， ECAP應(yīng)變量0.8，在20(TC下進行熱處理，保溫lh，空冷。所制備的工 業(yè)純鋁，其晶粒大小達到1 2微米，亞晶粒大小為50納米左右，其屈服強 度較原始坯料提高60%以上，硬度較原始坯料提高50%。
實施例2:坯料采用退火態(tài)工業(yè)純鋁，其中軋制應(yīng)變量0.4 (下壓量50 %)， ECAP應(yīng)變量0.8，在50CTC下進行熱處理，保溫lh，空冷。所制備的工 業(yè)純鋁具有很好的織構(gòu)取向，其XRD譜(圖3)與純鋁的標準XRD譜非常接 近(圖l)，從圖2可看出，未經(jīng)本發(fā)明處理的工業(yè)純鋁的XRD與標準XRD譜 (圖l)的差距很大。
實施例3:坯料采用退火態(tài)5052鋁合金，軋制應(yīng)變量0.4(下壓量50 %)， ECAP應(yīng)變量0.8,在500。C下進行熱處理，保溫1.5h，空冷。所制備的5052 鋁合金具有很好的織構(gòu)取向，其XRD譜與理想工業(yè)純鋁的XRD譜非常接近。
實施例4:坯料采用退火態(tài)工業(yè)純鋁，其中軋制應(yīng)變量1.75(下壓量80 %)， ECAP應(yīng)變量0.5，在15(TC下進行熱處理，保溫0.5h，空冷。所制備的 工業(yè)純鋁，其晶粒大小達到2 3微米，亞晶粒大小為60納米左右，其屈服 強度較原始坯料提高50%以上，硬度較原始坯料提高40%。
實施例5:坯料采用退火態(tài)工業(yè)純鋁，其中軋制應(yīng)變量1.75(下壓量80 %)， ECAP應(yīng)變量0.5，在30(TC下進行熱處理，保溫2h，空冷。所制備的工 業(yè)純鋁，其晶粒大小達到2 3微米，亞晶粒大小為55納米左右，其屈服強 度較原始坯料提高55%以上，硬度較原始坯料提高45%。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法，包括大應(yīng)變預(yù)變形和再結(jié)晶熱處理，其特征是所述的大應(yīng)變預(yù)變形是使坯料首先經(jīng)過多對軋制輪軋制變薄，同時使經(jīng)過多對軋制輪軋制的坯料的變形量不小于40％；其次在最后一對軋制輪的出口處安裝等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，使從軋制輪軋薄后的坯料在軋制輪驅(qū)動下直接進入所述的擠壓模具中進行大剪切應(yīng)變以實現(xiàn)橫切面等同大應(yīng)變并對坯料的織構(gòu)取向進行改變得到大應(yīng)變預(yù)變形坯料；所述的再結(jié)晶熱處理是將經(jīng)過前述大應(yīng)變預(yù)變形方法獲得的坯料送入熱處理爐中，在150～500℃下，保溫0.5～2h，然后空冷即可。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的軋制輪對中的上軋制輪 和下軋制輪同步旋轉(zhuǎn)或異步旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種基于大應(yīng)變變形再結(jié)晶的織構(gòu)可控細晶金屬材料的制備方法，包括大應(yīng)變預(yù)變形和再結(jié)晶熱處理，其特征是所述的大應(yīng)變預(yù)變形是使坯料首先經(jīng)過多對軋制輪軋制變薄，同時使經(jīng)過多對軋制輪軋制的坯料的變形量不小于50％；其次在最后一對軋制輪的出口處安裝等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，使經(jīng)軋制輪軋薄后的坯料進行ECAP變形；所述的再結(jié)晶熱處理是將經(jīng)過前述大應(yīng)變預(yù)變形方法獲得的坯料送入熱處理爐中，在150～500℃下，保溫0.5～2h，然后空冷即可。本發(fā)明綜合了多對輪軋制技術(shù)和等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)兩者的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料節(jié)能、高效、連續(xù)、均勻大應(yīng)變預(yù)變形加工，所制備的金屬材料具有晶粒細小、強度和硬度遠高于供應(yīng)態(tài)以及具有極好的織構(gòu)取向等特點。
文檔編號C21D8/00GK101660034SQ20091018358
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者凱 崇, 張增雷, 城 成, 王宏宇, 程曉農(nóng), 許曉靜, 趙梓皓 申請人:江蘇大學(xué)