本發(fā)明屬于金屬材料軋制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種梯度帶材的深冷表層連續(xù)軋制制備方法。

背景技術(shù)：

目前，超細(xì)晶金屬材料在過去很長時間內(nèi)得到廣大科學(xué)家的關(guān)注，人們開發(fā)了大量的方法去制備這些材料，比如等通道擠壓技術(shù)、累積疊軋技術(shù)、高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)等。然而，人們發(fā)現(xiàn)超細(xì)晶材料，隨著材料強(qiáng)度的提高，材料的韌性急劇降低。

科研人員發(fā)現(xiàn)金屬材料中形成梯度結(jié)構(gòu)，可以同時實現(xiàn)材料具有很好的韌性和強(qiáng)度。梯度材料，以在材料表面形成超細(xì)晶材料結(jié)構(gòu)，而材料中心部位保留粗晶結(jié)構(gòu)。目前，制備這種材料的方法主要有表面沖擊法、高壓扭轉(zhuǎn)法。而這兩種方法都只能夠用來制備棒材，而不能用來制備帶材。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種梯度帶材的深冷表層連續(xù)軋制制備方法，可以用來制備高質(zhì)量的具有梯度結(jié)構(gòu)的帶材，該材料的表層為超細(xì)晶結(jié)構(gòu)，而材料的心部區(qū)域為粗晶，該材料相對于傳統(tǒng)冷軋制備的材料，在具有更好塑形的情況下，材料的強(qiáng)度得到大幅提高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種梯度帶材的深冷表層連續(xù)軋制制備方法，包括如下步驟：

第一步：以退火熱處理后的鋁或鋁合金帶材為原料；

第二步：將帶材放入液氮中進(jìn)行冷卻，實現(xiàn)材料溫度被均勻冷卻到零下196度；

第三步：將帶材取出，以壓下率1％～3％進(jìn)行表層深冷軋制，軋制結(jié)束后，軋件溫度控制在零下100-120度之間；

第四步：將軋制后的帶材放入液氮中重新冷卻，冷卻時間3～5分鐘；

第五步：將冷卻的帶材再進(jìn)行表層深冷軋制，壓下率1％～3％；

重復(fù)第四步和第五步15～20次，成產(chǎn)出表面超細(xì)晶結(jié)構(gòu)而心部為粗晶的梯度結(jié)構(gòu)帶材。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用深冷表層軋制目前適合純鋁及鋁合金材料，通過該工藝，材料的韌性幾乎不降低，但是材料強(qiáng)度能提高30％以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明深冷表層連續(xù)軋制制備方法示意圖。

圖2是本發(fā)明經(jīng)過20道次深冷軋制制備的梯度結(jié)構(gòu)高純鋁金屬帶材的力學(xué)性能與普通室溫軋制制備樣品力學(xué)性能比較示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。

本發(fā)明的主要原理為利用材料表層塑性變形促使表層區(qū)域的晶粒細(xì)化，同時，利用超低溫變形，抑制塑性變形過程超細(xì)晶再結(jié)晶，從而使材料表面形成納米結(jié)構(gòu)。圖1所示為深冷表層連續(xù)軋制制備流程圖。通過多道次深冷表層軋制，軋件形成梯度結(jié)構(gòu)的帶材，如圖1所示，本發(fā)明具體步驟如下：

第一步：以退火熱處理后的鋁或鋁合金帶材為原料。

第二步：將帶材放入深冷箱1內(nèi)的液氮中進(jìn)行冷卻，冷卻中的軋件2始終在深冷箱1中，冷卻大約10分鐘，實現(xiàn)材料溫度被均勻冷卻到零下196度。

第三步：將帶材取出，以壓下率在2％進(jìn)行表層深冷軋制。軋制過程中的軋件3在軋機(jī)4的作用下，軋制結(jié)束后，軋件溫度控制在零下100度左右。過程中，軋機(jī)4的速度V控制在1m/s。

其中，壓下率等于(H-h)/H，H和h分別表示軋制前和軋后軋件的厚度。

第四步：將軋制后的帶材放入液氮中重新冷卻，冷卻時間在5分鐘。

第五步：將冷卻的帶材再進(jìn)行表層深冷軋制，壓下率在2％。

重復(fù)第四步和第五步20次，成產(chǎn)出表面超細(xì)晶(納米化)結(jié)構(gòu)而心部為粗晶的梯度結(jié)構(gòu)帶材。

利用本工藝制備梯度結(jié)構(gòu)的高純鋁金屬材料，經(jīng)過20道次深冷軋制后，材料的力學(xué)性能結(jié)果如圖2所示。體現(xiàn)該技術(shù)具有很好的優(yōu)越性。

本發(fā)明中，每道次壓下率可行范圍為1-3％，軋機(jī)速度可行范圍為1-5m/s，軋制道次一般可以為15-20次，根據(jù)材料的實際厚度等因素來調(diào)整。