CN104138902A - 一种加速细化晶粒的塑性加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速细化晶粒的塑性加工方法，该方法主要是在异质金属轧制复合过程中，在塑性变形的过程中引入了附加剪切变形从而加速细化晶粒的机制。采用硬金属和软金属塑性变形的方式进行冶金结合，对待接触复合的界面进行表面打磨处理，清洗；将软硬金属相间叠合，四角进行铆接固定后；进行轧制复合，然后再进行冷轧变形，最后获得细晶混合组织。本发明方法与传统塑性方法相比，在相同变形量的情况下，能够加速细化晶粒。该方法适用于其它能够通过塑性变形实现冶金结合，并且力学性能差异较大的异质金属。

Description

一种加速细化晶粒的塑性加工方法

技术领域

本发明涉及金属层状复合板加工技术领域，特别是涉及一种加速晶粒细化的塑性加工方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，人们对材料性能的要求日益提高。社会和生产需求迫使人们不断追求优异的材料性能，研究提高材料性能的方法和技术。

金属层状复合板材是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金结合而制备出的一种新型金属复合材料。由于金属之间的复合效应，使得金属复合板在某些物理、化学和力学性能上优于单一金属，在许多领域获得了广泛的应用。轧制复合方法是一种重要的固相-固相复合方法，通过异质金属间的塑性变形实现冶金结合。

发明内容

本发明的目的是提高异质金属间冶金结合力。即提供了一种加速晶粒细化的塑性加工方法，该方法基于异质金属复合板制备与塑性加工过程。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种加速细化晶粒的塑性加工方法，包括以下步骤：

1)板材前处理：准备若干块由异质金属材料制成的金属板；其中，由软金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅰ，由硬金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅱ；将金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ进行退火处理，取出后自然冷却；

2)表面处理：将金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ的待复合表面进行打磨处理，冲洗干净后，使表面干燥；

3)复合坯料固定：将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合后，铆接固定，即获得复合坯料；

4)异质金属轧制复合：对所述复合坯料进行轧制，获得异质金属复合板；

5)在室温下，对所述异质金属复合板进行冷轧，获得复合板材。

值得说明的是，对于金属材料而言，晶粒的细化是一种重要的提高材料性能的方式，是唯一一种可以同时提高金属强度和塑性的强化方式。晶粒细化方式可以是通过塑性变形的方式进行，随着塑性变形量的增加，晶粒逐渐细化。在冷变形的过程中，也就是再结晶温度以下，晶粒细化的速度和程度取决于塑性变形量的大小。

另外，本发明的轧制过程中，各层金属发生塑性变形，伴随着晶粒的细化。同时，由于异质金属间性能的差异，使结合界面处存在强烈的剪切应力，能够促进大晶粒的分割，加速晶粒的细化。如果增加异质金属界面的数量，则能够在界面处引入更多的附加剪切作用，使异质金属复合板晶粒发生明显细化，加速塑性变形对晶粒的细化作用。

进一步，步骤1)中，所述软金属材料为工业纯铝；所述硬金属材料为高强铝合金。

进一步，步骤2)中，打磨的方式为手工打磨、砂轮打磨或不锈钢刷打磨。

进一步，步骤3)中，将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合后，采用铆钉固定四个角。

进一步，步骤4)中，在轧制所述复合坯料前，先加热所述复合坯料；轧制复合坯料的压下量为30-50％。

进一步，步骤5)中，冷轧的压下量为30-60％。

本发明还要求保护上述方法所获得复合板材。

与现有技术相比，本发明方法具有以下优异效果：

(1)在相同的变形量时，能够加速和提高晶粒细化的效果；

(2)该方法加速细化的效果与异质金属性能的差异大小和附加剪切作用的大小有关；

(3)可以使晶粒细化到传统塑性加工方法无法达到的程度，具有严重塑性变形加工的晶粒细化效果；

(4)适用金属范围广，可以在许多异质金属之间进行推广。

附图说明

图1为异质金属轧制复合界面弯曲示意图；

图2为剪切作用细化晶粒示意图；

图3为异质金属界面附近区域晶粒细化微观组织。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

实施例1：

一种加速细化晶粒的塑性加工方法，包括以下步骤：

1)板材前处理：准备若干块由异质金属材料制成的金属板；其中，由软金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅰ，由硬金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅱ。本实施例中，所述金属板材Ⅰ为厚度为1mm的AA1050铝板。金属板材Ⅱ为厚度为1mm的AA7075铝合金板。

将金属板材Ⅰ在300℃退火1h，将金属板材Ⅱ在350℃退火2h。两种板材在退火后均取出自然冷却。

2)实施例中，采用直径为0.2mm的不锈钢刷对经过步骤1)处理的金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ的板面进行打磨，保证打磨程度均匀，去除表面氧化膜。板材打磨后，使用清水将板面冲洗干净，用吹风机吹干。

3)复合坯料固定：将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合成复合坯料。优选地，复合坯料的最向层和最下层为所述金属板材Ⅰ，即所有的金属板材Ⅱ均被夹在金属板材Ⅰ之间。本实施例中，叠合的层数为五层，叠合的顺序为：金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ。复合坯料总厚度约为5mm。

将所述复合坯料铆接固定。实施例中，采用铝钉对所述复合坯料的四角进行铆接固定。

4)异质金属轧制复合：将铆接固定好的所述复合坯料放入箱式加热炉中进行加热，加热温度为450℃，时间为10min。取出所述复合坯料后，对其进行热轧复合，得到异质金属复合板。热轧复合的压下量为40％，热轧参数为：轧辊直径170mm，轧制速度0.2m/s，轧后复合板厚度约为3mm，热轧复合示意图如图1所示。

5)在室温下，对所述异质金属复合板进行冷轧。即将异质金属复合板冷却到室温，由3mm轧至1mm，获得复合板材。经过冷轧加工之后，异质金属界面剪切作用使铝合金晶粒得到了加速的细化，细化过程示意图如图2所示。最终获得了细化晶粒，本实施例的复合板材微观组织如图3所示。经过上述过程，即可获得细小晶粒的铝合金复合板材。

实施例2：

一种加速细化晶粒的塑性加工方法，包括以下步骤：

1)板材前处理：准备若干块由异质金属材料制成的金属板；其中，由软金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅰ，由硬金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅱ。本实施例中，所述金属板材Ⅰ为厚度为2mm的AA1100铝板。金属板材Ⅱ为厚度为3mm的AA7050铝合金板。

将金属板材Ⅰ在300℃退火1h，将金属板材Ⅱ在350℃退火2h。两种板材在退火后均取出自然冷却。

2)实施例中，采用直径为0.2mm的不锈钢刷对经过步骤1)处理的金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ的板面进行打磨，保证打磨程度均匀，去除表面氧化膜。板材打磨后，使用清水将板面冲洗干净，用吹风机吹干。

3)复合坯料固定：将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合成复合坯料。本实施例中，叠合的层数为五层，叠合的顺序为：金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ。复合坯料总厚度约为12mm。

将所述复合坯料铆接固定。实施例中，采用铝钉对所述复合坯料的四角进行铆接固定。

4)异质金属轧制复合：将铆接固定好的所述复合坯料放入箱式加热炉中进行加热，加热温度为450℃，时间为10min。取出后，对复合坯料进行首次热轧，压下量为30％。接着，再进行两次热轧，最终得到厚度约为4mm的异质金属复合板。本步骤中，热轧参数为：轧辊直径170mm，轧制速度0.1m/s，轧制复合示意图如图1所示。

5)在室温下，对所述异质金属复合板进行冷轧。即将异质金属复合板冷却到室温，由4mm轧至1mm，获得复合板材。经过冷轧加工之后，异质金属界面剪切作用使铝合金晶粒得到了加速的细化，细化过程示意图如图2所示。经过上述过程，即可获得细小晶粒的铝合金复合板材。

实施例3：

一种加速细化晶粒的塑性加工方法，包括以下步骤：

1)板材前处理：准备若干块由异质金属材料制成的金属板；其中，由软金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅰ，由硬金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅱ。本实施例中，所述金属板材Ⅰ为厚度为1mm的AA1100铝板。金属板材Ⅱ为厚度为1.5mm的AA6061铝合金板。

将金属板材Ⅰ在300℃退火1h，将金属板材Ⅱ在350℃退火2h。两种板材在退火后均取出自然冷却到室温。

2)实施例中，采用直径为0.2mm的不锈钢刷对经过步骤1)处理的金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ的板面进行打磨，保证打磨程度均匀，去除表面氧化膜。板材打磨后，使用清水将板面冲洗干净，用吹风机吹干。

3)复合坯料固定：将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合成复合坯料。本实施例中，叠合的层数为七层，叠合的顺序为：金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ－金属板材Ⅱ－金属板材Ⅰ。复合坯料总厚度约为8.5mm。

将所述复合坯料铆接固定。实施例中，采用铝钉对所述复合坯料的四角进行铆接固定。

4)异质金属轧制复合：将铆接固定好的所述复合坯料放入箱式加热炉中进行加热，加热温度为450℃，时间为10min。取出后，对复合坯料进行首次热轧，压下量为35％。接着，再进行两次热轧，最终得到厚度约为3mm的异质金属复合板。本步骤中，热轧参数为：轧辊直径200mm，轧制速度0.1m/s，轧制复合示意图如图1所示。

5)在室温下，对所述异质金属复合板进行冷轧。即将异质金属复合板冷却到室温，由3mm轧至1mm，获得复合板材。经过冷轧加工之后，异质金属界面剪切作用使铝合金晶粒得到了加速的细化，细化过程示意图如图2所示。经过上述过程，即可获得细小晶粒的铝合金复合板材。

上述实施例获得的具有细小晶粒的异质金属层状板，具有良好的界面结合情况。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，如：轧制金属材料可以为其它硬金属和软金属的组合(如：AA2024/AA1100；AA5083/AA1050；AA7085/AA1100等)；轧制工艺参数可以在一定范围内调整，如：轧制温度、轧制速度和轧制压下量等；经过冷轧过程后，获得细小晶粒的复合板。本发明的核心思想是选用软、硬两种金属进行轧制复合后，再进行冷轧塑性变形，利用异质金属在轧制变形过程中界面的附加剪切作用(剪切应力和剪切应变)来加速细化晶粒。其他任何未背离本发明实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种加速细化晶粒的塑性加工方法，其特征在于,包括以下步骤：

1)板材前处理：准备若干块由异质金属材料制成的金属板；其中，由软金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅰ，由硬金属材料制成的金属板材记为金属板材Ⅱ；将金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ进行退火处理，取出后自然冷却；

2)表面处理：将金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ的待复合表面进行打磨处理，冲洗干净后，使表面干燥；

3)复合坯料固定：将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合后，铆接固定，即获得复合坯料；

4)异质金属轧制复合：对所述复合坯料进行轧制，获得异质金属复合板；

5)在室温下，对所述异质金属复合板进行冷轧，获得复合板材。

2.根据权利要求1所述的一种加速细化晶粒的塑性加工方法，其特征在于：步骤1)中，所述软金属材料为工业纯铝；所述硬金属材料为高强铝合金。

3.根据权利要求1所述的一种加速细化晶粒的塑性加工方法，其特征在于：步骤2)中，打磨的方式为手工打磨、砂轮打磨或不锈钢刷打磨。

4.根据权利要求1所述的一种加速细化晶粒的塑性加工方法，其特征在于：步骤3)中，将若干块所述金属板材Ⅰ和金属板材Ⅱ相间地叠合后，采用铆钉固定四个角。

5.根据权利要求1所述的一种加速细化晶粒的塑性加工方法，其特征在于：步骤4)中，在轧制所述复合坯料前，先加热所述复合坯料；轧制复合坯料的压下量为30-50％。

6.根据权利要求1所述的一种加速细化晶粒的塑性加工方法，其特征在于：步骤5)中，冷轧的压下量为30-60％。

7.如1～6任一权利要求所获得复合板材。