一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，該方法主要是在異質(zhì)金屬軋制復(fù)合過程中，在塑性變形的過程中引入了附加剪切變形從而加速細(xì)化晶粒的機制。采用硬金屬和軟金屬塑性變形的方式進行冶金結(jié)合，對待接觸復(fù)合的界面進行表面打磨處理，清洗；將軟硬金屬相間疊合，四角進行鉚接固定后；進行軋制復(fù)合，然后再進行冷軋變形，最后獲得細(xì)晶混合組織。本發(fā)明方法與傳統(tǒng)塑性方法相比，在相同變形量的情況下，能夠加速細(xì)化晶粒。該方法適用于其它能夠通過塑性變形實現(xiàn)冶金結(jié)合，并且力學(xué)性能差異較大的異質(zhì)金屬。
【專利說明】一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬層狀復(fù)合板加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種加速晶粒細(xì)化的塑性加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人們對材料性能的要求日益提高。社會和生產(chǎn)需求迫使人們不斷追求優(yōu)異的材料性能，研究提高材料性能的方法和技術(shù)。
[0003]金屬層狀復(fù)合板材是利用復(fù)合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)和力學(xué)性能不同的金屬在界面上實現(xiàn)牢固冶金結(jié)合而制備出的一種新型金屬復(fù)合材料。由于金屬之間的復(fù)合效應(yīng)，使得金屬復(fù)合板在某些物理、化學(xué)和力學(xué)性能上優(yōu)于單一金屬，在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。軋制復(fù)合方法是一種重要的固相-固相復(fù)合方法，通過異質(zhì)金屬間的塑性變形實現(xiàn)冶金結(jié)合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提高異質(zhì)金屬間冶金結(jié)合力。即提供了一種加速晶粒細(xì)化的塑性加工方法，該方法基于異質(zhì)金屬復(fù)合板制備與塑性加工過程。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，包括以下步驟:
[0006]I)板材前處理:準(zhǔn)備若干塊由異質(zhì)金屬材料制成的金屬板；其中，由軟金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材I，由硬金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材II ;將金屬板材I和金屬板材II進行退火處理，取出后自然冷卻；
[0007]2)表面處理:將金屬板材I和金屬板材II的待復(fù)合表面進行打磨處理，沖洗干凈后，使表面干燥；
[0008]3)復(fù)合還料固定:將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合后，鉚接固定，即獲得復(fù)合坯料；
[0009]4)異質(zhì)金屬軋制復(fù)合:對所述復(fù)合坯料進行軋制，獲得異質(zhì)金屬復(fù)合板；
[0010]5)在室溫下，對所述異質(zhì)金屬復(fù)合板進行冷軋，獲得復(fù)合板材。
[0011]值得說明的是，對于金屬材料而言，晶粒的細(xì)化是一種重要的提高材料性能的方式，是唯一一種可以同時提高金屬強度和塑性的強化方式。晶粒細(xì)化方式可以是通過塑性變形的方式進行，隨著塑性變形量的增加，晶粒逐漸細(xì)化。在冷變形的過程中，也就是再結(jié)晶溫度以下，晶粒細(xì)化的速度和程度取決于塑性變形量的大小。
[0012]另外，本發(fā)明的軋制過程中，各層金屬發(fā)生塑性變形，伴隨著晶粒的細(xì)化。同時，由于異質(zhì)金屬間性能的差異，使結(jié)合界面處存在強烈的剪切應(yīng)力，能夠促進大晶粒的分割，力口速晶粒的細(xì)化。如果增加異質(zhì)金屬界面的數(shù)量，則能夠在界面處引入更多的附加剪切作用，使異質(zhì)金屬復(fù)合板晶粒發(fā)生明顯細(xì)化，加速塑性變形對晶粒的細(xì)化作用。
[0013]進一步，步驟I)中，所述軟金屬材料為工業(yè)純鋁；所述硬金屬材料為高強鋁合金。
[0014]進一步，步驟2)中，打磨的方式為手工打磨、砂輪打磨或不銹鋼刷打磨。
[0015]進一步，步驟3)中，將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合后，采用鉚釘固定四個角。
[0016]進一步，步驟4)中，在軋制所述復(fù)合坯料前，先加熱所述復(fù)合坯料；軋制復(fù)合坯料的壓下量為30-50%。
[0017]進一步，步驟5)中，冷軋的壓下量為30-60%。
[0018]本發(fā)明還要求保護上述方法所獲得復(fù)合板材。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)異效果:
[0020](I)在相同的變形量時，能夠加速和提高晶粒細(xì)化的效果；
[0021](2)該方法加速細(xì)化的效果與異質(zhì)金屬性能的差異大小和附加剪切作用的大小有關(guān);
[0022](3)可以使晶粒細(xì)化到傳統(tǒng)塑性加工方法無法達(dá)到的程度，具有嚴(yán)重塑性變形加工的晶粒細(xì)化效果；
[0023](4)適用金屬范圍廣，可以在許多異質(zhì)金屬之間進行推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為異質(zhì)金屬軋制復(fù)合界面彎曲示意圖；
[0025]圖2為剪切作用細(xì)化晶粒示意圖；
[0026]圖3為異質(zhì)金屬界面附近區(qū)域晶粒細(xì)化微觀組織。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
[0028]實施例1:
[0029]一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，包括以下步驟:
[0030]I)板材前處理:準(zhǔn)備若干塊由異質(zhì)金屬材料制成的金屬板；其中，由軟金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材I，由硬金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材II。本實施例中，所述金屬板材I為厚度為Imm的AA1050招板。金屬板材II為厚度為Imm的AA7075招合金板。
[0031]將金屬板材I在300°C退火Ih,將金屬板材II在350°C退火2h。兩種板材在退火后均取出自然冷卻。
[0032]2)實施例中，采用直徑為0.2mm的不銹鋼刷對經(jīng)過步驟I)處理的金屬板材I和金屬板材II的板面進行打磨，保證打磨程度均勻，去除表面氧化膜。板材打磨后，使用清水將板面沖洗干凈，用吹風(fēng)機吹干。
[0033]3)復(fù)合還料固定:將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合成復(fù)合還料。優(yōu)選地，復(fù)合坯料的最向?qū)雍妥钕聦訛樗鼋饘侔宀腎，即所有的金屬板材II均被夾在金屬板材I之間。本實施例中，疊合的層數(shù)為五層，疊合的順序為:金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I。復(fù)合還料總厚度約為5_。
[0034]將所述復(fù)合坯料鉚接固定。實施例中，采用鋁釘對所述復(fù)合坯料的四角進行鉚接固定。
[0035]4)異質(zhì)金屬軋制復(fù)合:將鉚接固定好的所述復(fù)合坯料放入箱式加熱爐中進行加熱，加熱溫度為450°C，時間為lOmin。取出所述復(fù)合坯料后，對其進行熱軋復(fù)合，得到異質(zhì)金屬復(fù)合板。熱軋復(fù)合的壓下量為40%，熱軋參數(shù)為:軋輥直徑170mm，軋制速度0.2m/s,軋后復(fù)合板厚度約為3mm，熱軋復(fù)合示意圖如圖1所示。
[0036]5)在室溫下，對所述異質(zhì)金屬復(fù)合板進行冷軋。即將異質(zhì)金屬復(fù)合板冷卻到室溫，由3_軋至1_，獲得復(fù)合板材。經(jīng)過冷軋加工之后，異質(zhì)金屬界面剪切作用使鋁合金晶粒得到了加速的細(xì)化，細(xì)化過程示意圖如圖2所示。最終獲得了細(xì)化晶粒，本實施例的復(fù)合板材微觀組織如圖3所示。經(jīng)過上述過程，即可獲得細(xì)小晶粒的鋁合金復(fù)合板材。
[0037]實施例2:
[0038]一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，包括以下步驟:
[0039]I)板材前處理:準(zhǔn)備若干塊由異質(zhì)金屬材料制成的金屬板；其中，由軟金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材I，由硬金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材II。本實施例中，所述金屬板材I為厚度為2mm的AAllOO鋁板。金屬板材II為厚度為3mm的AA7050招合金板。
[0040]將金屬板材I在300°C退火Ih,將金屬板材II在350°C退火2h。兩種板材在退火后均取出自然冷卻。
[0041]2)實施例中，采用直徑為0.2_的不銹鋼刷對經(jīng)過步驟I)處理的金屬板材I和金屬板材II的板面進行打磨，保證打磨程度均勻，去除表面氧化膜。板材打磨后，使用清水將板面沖洗干凈，用吹風(fēng)機吹干。
[0042]3)復(fù)合還料固定:將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合成復(fù)合還料。本實施例中，疊合的層數(shù)為五層，疊合的順序為:金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I。復(fù)合還料總厚度約為12mm。
[0043]將所述復(fù)合坯料鉚接固定。實施例中，采用鋁釘對所述復(fù)合坯料的四角進行鉚接固定。
[0044]4)異質(zhì)金屬軋制復(fù)合:將鉚接固定好的所述復(fù)合坯料放入箱式加熱爐中進行加熱，加熱溫度為450°C,時間為lOmin。取出后,對復(fù)合還料進行首次熱軋,壓下量為30%。接著，再進行兩次熱軋，最終得到厚度約為4mm的異質(zhì)金屬復(fù)合板。本步驟中，熱軋參數(shù)為:軋棍直徑170mm,軋制速度0.lm/s,軋制復(fù)合示意圖如圖1所示。
[0045]5)在室溫下，對所述異質(zhì)金屬復(fù)合板進行冷軋。即將異質(zhì)金屬復(fù)合板冷卻到室溫，由4_軋至1_，獲得復(fù)合板材。經(jīng)過冷軋加工之后，異質(zhì)金屬界面剪切作用使鋁合金晶粒得到了加速的細(xì)化，細(xì)化過程示意圖如圖2所示。經(jīng)過上述過程，即可獲得細(xì)小晶粒的鋁合金復(fù)合板材。
[0046]實施例3:
[0047]一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，包括以下步驟:
[0048]I)板材前處理:準(zhǔn)備若干塊由異質(zhì)金屬材料制成的金屬板；其中，由軟金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材I，由硬金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材II。本實施例中，所述金屬板材I為厚度為Imm的AAllOO招板。金屬板材II為厚度為1.5mn^^AA6061招合金板。
[0049]將金屬板材I在300°C退火lh，將金屬板材II在350°C退火2h。兩種板材在退火后均取出自然冷卻到室溫。
[0050]2)實施例中，采用直徑為0.2mm的不銹鋼刷對經(jīng)過步驟I)處理的金屬板材I和金屬板材II的板面進行打磨，保證打磨程度均勻，去除表面氧化膜。板材打磨后，使用清水將板面沖洗干凈，用吹風(fēng)機吹干。
[0051]3)復(fù)合還料固定:將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合成復(fù)合還料。本實施例中，疊合的層數(shù)為七層，疊合的順序為:金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I 一金屬板材II 一金屬板材I。復(fù)合還料總厚度約為8.5_。
[0052]將所述復(fù)合坯料鉚接固定。實施例中，采用鋁釘對所述復(fù)合坯料的四角進行鉚接固定。
[0053]4)異質(zhì)金屬軋制復(fù)合:將鉚接固定好的所述復(fù)合坯料放入箱式加熱爐中進行加熱，加熱溫度為450°C,時間為lOmin。取出后,對復(fù)合還料進行首次熱軋,壓下量為35%。接著，再進行兩次熱軋，最終得到厚度約為3mm的異質(zhì)金屬復(fù)合板。本步驟中，熱軋參數(shù)為:軋輥直徑200mm，軋制速度0.lm/s，軋制復(fù)合示意圖如圖1所示。
[0054]5)在室溫下，對所述異質(zhì)金屬復(fù)合板進行冷軋。即將異質(zhì)金屬復(fù)合板冷卻到室溫，由3_軋至1_，獲得復(fù)合板材。經(jīng)過冷軋加工之后，異質(zhì)金屬界面剪切作用使鋁合金晶粒得到了加速的細(xì)化，細(xì)化過程示意圖如圖2所示。經(jīng)過上述過程，即可獲得細(xì)小晶粒的鋁合金復(fù)合板材。
[0055]上述實施例獲得的具有細(xì)小晶粒的異質(zhì)金屬層狀板，具有良好的界面結(jié)合情況。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，如:軋制金屬材料可以為其它硬金屬和軟金屬的組合(如:AA2024/AA1100 ；AA5083/AA1050 ；AA7085/AA1100等)；軋制工藝參數(shù)可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，如:軋制溫度、軋制速度和軋制壓下量等；經(jīng)過冷軋過程后，獲得細(xì)小晶粒的復(fù)合板。本發(fā)明的核心思想是選用軟、硬兩種金屬進行軋制復(fù)合后，再進行冷軋塑性變形，利用異質(zhì)金屬在軋制變形過程中界面的附加剪切作用(剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變)來加速細(xì)化晶粒。其他任何未背離本發(fā)明實質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)視為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)板材前處理:準(zhǔn)備若干塊由異質(zhì)金屬材料制成的金屬板；其中，由軟金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材I，由硬金屬材料制成的金屬板材記為金屬板材II ;將金屬板材I和金屬板材II進行退火處理，取出后自然冷卻； 2)表面處理:將金屬板材I和金屬板材II的待復(fù)合表面進行打磨處理，沖洗干凈后，使表面干燥； 3)復(fù)合坯料固定:將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合后，鉚接固定，即獲得復(fù)合坯料； 4)異質(zhì)金屬軋制復(fù)合:對所述復(fù)合坯料進行軋制，獲得異質(zhì)金屬復(fù)合板； 5)在室溫下，對所述異質(zhì)金屬復(fù)合板進行冷軋，獲得復(fù)合板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，其特征在于:步驟I)中，所述軟金屬材料為工業(yè)純鋁；所述硬金屬材料為高強鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，其特征在于:步驟2)中，打磨的方式為手工打磨、砂輪打磨或不銹鋼刷打磨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，其特征在于:步驟3)中，將若干塊所述金屬板材I和金屬板材II相間地疊合后，采用鉚釘固定四個角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，其特征在于:步驟4)中，在軋制所述復(fù)合坯料前，先加熱所述復(fù)合坯料；軋制復(fù)合坯料的壓下量為30-50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加速細(xì)化晶粒的塑性加工方法，其特征在于:步驟5)中，冷軋的壓下量為30-60%。
7.如I?6任一權(quán)利要求所獲得復(fù)合板材。
【文檔編號】B21B1/38GK104138902SQ201410283211
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】陳澤軍, 伍俠, 胡宏波, 沈宇騰, 周正, 劉慶 申請人:重慶大學(xué)