CN109201737B - 心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的轧制制备方法，第一步：将粗晶带材和超细晶带材加工成相同的宽度；第二步：按照粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材布置；第三步：对粗晶带材进行表面处理，实现表面熔化；第四步：对三层复合带材进行轧制，实现粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材焊合，形成梯度结构带材。本发明可以快速地制备心部为超细晶、表层为粗晶的梯度结构带材，提高梯度结构材料的生产效率，该材料相对于传统冷轧材料，同时具有好的强度以及更优异的塑性。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，涉及金属梯度结构材料的制备，特别涉及一种心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法。
背景技术
超细晶金属材料在过去几十年间得到了学术界的广泛关注，人们发明了大量的方法去制备和研究这些材料。然而，对于超细晶金属材料的主要困难是材料的强度很高，但是塑性非常低。在这种背景下，提高超细晶金属材料的韧性得到了全世界学术科研人员的高度关注。
梯度结构材料是超细晶金属材料开发的一个重要分支，已经证实金属梯度结构材料能够兼具优异的强度与韧性，得到越来越多的人员的关注。然而，目前开发梯度结构材料的尺寸与效率均比较低，在大工业生产的梯度结构板带产品较少。
与此同时，自然环境中，经常看到内部为超硬材料而表层为相对柔软材料的梯度结构，比如树木、人体结构等等。然而，目前尚没有开发出这样的梯度结构材料。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，可以快速地制备心部为超细晶、表层为粗晶的梯度结构带材，提高梯度结构材料的生产效率，该材料相对于传统冷轧材料，同时具有好的强度以及更优异的塑性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，包括：
第一步：将粗晶带材和超细晶带材加工成相同的宽度；
第二步：按照粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材布置；
第三步：对粗晶带材进行表面处理，实现表面熔化；
第四步：对三层复合带材进行轧制，实现粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材焊合，形成梯度结构带材。
所述粗晶带材通过退火制备，所述超细晶带材通过深冷异步轧制制备。
所述深冷异步轧制的压下率为75％～80％。
所述粗晶带材的制备原料的厚度为1mm-2mm，宽度为100mm-1200mm，超细晶带材的制备原料的厚度为6mm-10mm，宽度为100mm-1200mm。
所述粗晶带材和超细晶带材的材料相同。
所述粗晶带材和超细晶带材的材料均为铝合金、铜合金或者钛合金。
所述第二步中，将各带材分别放置到一个卷曲机上，超细晶带材位于中间的卷取机。
所述第三步中，采用激光进行表面处理，实现表面熔化。
所述表面处理之前，先利用表面清洗辊，对带材表面进行除污。
所述第四步中，轧制压下率为40％-60％。
与现有技术相比，本发明可大大提高梯度结构材料的生产效率，所得梯度结构带材心部为超细晶、表层为粗晶，强度高，韧性好，同时具有非常优异的完全回弹性能。本发明工艺适合制备铝合金、铜合金、钛合金等材料的梯度结构材料，在航空航天、汽车轻量化、桥梁制备等领域具有重要应用前景。
附图说明
图1是本发明制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，首先制备出超细晶的心部带材和粗晶的表层带材，然后，通过复合轧制，制备出心部为超细晶、表层为粗晶的梯度结构带材。其主要原理为将超细晶结构的带材与粗晶结构的带材通过复合轧制的方法进行焊合，实现带材具有明显的梯度结构特征。
如图1所示，本发明制备方法的具体步骤如下：
第一步：以铝合金、铜合金或者钛合金带材为原料带材一2和原料带材二16，用于制备心部的原料带材一2初始厚度为6mm-10mm，用于表层的原料带材二16厚度为1mm-2mm，原料带材一2和原料带材二16的宽度相同，为100mm-1200mm。
第二步：取原料带材二16，设置于第三卷取机17，在加热炉15中退火，实现材料粗晶，得到回火处理的带材；
第三步：取与第二步材料相同的原料带材一2，两端分别设置于第一卷取机3和第二卷取机14，第一卷取机3位于第一深冷箱1中，第二卷取机13位于第二深冷箱12中，均可以液氮实现深冷，经第一深冷箱1中深冷处理的带材，在深冷箱外第一导辊4、第二导辊5、第三导辊10和第四导辊11的作用下，利用深冷轧制上工作辊8和深冷轧制下工作辊9进行深冷异步轧制，其中轧制时还利用上侧深冷喷枪6和下侧深冷喷枪7保持低温，经过75％～80％的压下率后，得到深冷轧制制备的带材13。
第四步：将回火处理的带材和深冷轧制制备的带材13加工成相同的宽度，回火处理的带材加工两个，分别作为超细晶带材18、粗晶带材一20和粗晶带材二22使用。
第五步：将超细晶带材18设置于第四卷取机19，粗晶带材一20设置于第五卷曲机21，粗晶带材二22设置于第六卷取机23，第四卷取机19位于第五卷曲机21和第六卷取机23之间，第五卷曲机21位于上侧，第六卷取机23位于下侧。
第六步：利用第一抛光机24，对粗晶带材一20的下表面进行除污，利用第二抛光机25和第三抛光机26，对超细晶带材18的上下表面进行除污，利用第四抛光机27，对粗晶带材二22的上表面进行除污。
第七步：下表面除污后的粗晶带材一20，利用上层激光加热器30进行表面处理实现表面熔化，上表面除污后的粗晶带材二22利用下层激光加热器29进行表面处理实现表面熔化。
第八步：在第五导辊28、第六导辊31和第七导辊32的作用下，粗晶带材一20/超细晶带材18/粗晶带材二22的三层结构，送入复合轧制上工作辊33和复合轧制下工作辊34进行轧制，轧制压下率为40％-60％，实现粗晶带材一20/超细晶带材18/粗晶带材二22的焊合，得到梯度结构带材36，并在第八导辊35的作用下，最终送入产品卷曲机37。
以下是两个具体的实施例：
实施例1：2.4mm梯度结构铝合金带材制备
第一步：以铝合金1050带材为原料，用于粗晶的原料厚度为1mm，用于超细晶初始材料厚度为8mm，材料宽度均为300mm。
第二步：对1mm的带材进行退火，制备粗晶的铝合金表层原始材料。
第三步：选取8mm厚度的带材进行深冷异步轧制，轧制异速比为1.2，每道次压下率为20％，经过6道次深冷异步轧制后，制备出厚度为2mm的超细晶带材。
第四步：将深冷轧制制备的超细晶带材加工成300mm的宽度。
第五步：将退火的带材和深冷轧制制备的超细晶带材依次放置到三个卷曲机上。
第六步：启动表面清洗辊，对带材表面进行除污。
第七步：采用激光对中间超细晶带材表面进行处理，实现表面熔化。
第八步：对三层复合带材进行轧制，实现粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材焊合，轧制压下率为40％，制备出2.4mm的梯度结构带材，表层为粗晶，内层为超细晶。采用该方法制备的梯度结构的铝合金材料的强度与冷轧铝合金产品强度相当，但是，该梯度结构的铝合金带材的延伸率超过冷轧铝合金产品的延伸率50％以上。
实施例2：1.5mm梯度结构铜合金带材制备
第一步：以T2铜合金带材为原料，用于粗晶的原料厚度为0.3mm，用于超细晶初始材料厚度为10mm，材料宽度均为250mm。
第二步：对0.3mm的带材进行退火，制备粗晶的铝合金表层原始材料。
第三步：选取10mm厚度的带材进行深冷异步轧制，轧制异速比为1.3，每道次压下率为25％，经过5道次深冷异步轧制后，制备出厚度为2.4mm的超细晶带材。
第四步：将深冷轧制制备的超细晶带材加工成300mm的宽度。
第五步：将退火的带材和深冷轧制制备的超细晶带材依次放置到三个卷曲机上。
第六步：启动表面清洗辊，对带材表面进行除污。
第七步：采用激光对中间超细晶带材表面进行处理，实现表面熔化。
第八步：对三层复合带材进行轧制，实现粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材焊合，轧制压下率为50％，制备出1.5mm的梯度结构带材，表层为粗晶，内层为超细晶。采用该方法制备的梯度结构的T2铜合金材料的强度与冷轧T2铜合金产品强度相当，但是，该梯度结构的T2铜合金带材的延伸率超过冷轧T2铜合金产品的延伸率40％以上。
Claims (8)
1.一种心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将粗晶带材和超细晶带材加工成相同的宽度，所述粗晶带材和超细晶带材的材料相同，所述超细晶带材通过深冷异步轧制制备；
第二步：按照粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材布置；
第三步：采用激光对粗晶带材进行表面处理，实现表面熔化；
第四步：对三层复合带材进行轧制，实现粗晶带材/超细晶带材/粗晶带材焊合，形成梯度结构带材。
2.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述粗晶带材通过退火制备。
3.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述深冷异步轧制的压下率为75％～80％。
4.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述粗晶带材的制备原料的厚度为1mm-2mm，宽度为100mm-1200mm，超细晶带材的制备原料的厚度为6mm-10mm，宽度为100mm-1200mm。
5.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述粗晶带材和超细晶带材的材料均为铝合金、铜合金或者钛合金。
6.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述第二步中，将各带材分别放置到一个卷曲机上，超细晶带材位于中间的卷取机。
7.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述表面处理之前，先利用表面清洗辊，对带材表面进行除污。
8.根据权利要求1所述心部为超细晶而表层为粗晶的梯度结构材料的制备方法，其特征在于，所述第四步中，轧制压下率为40％-60％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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