CN110293168A - 一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超细晶材料制备技术领域，尤其是一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法，材料处于超低温状态进行变形，晶粒的再结晶过程受到抑制，经过多次深冷变形，形成超细晶粒材料。变形过程中大量位错积累，材料强度大幅提高。塑性变形时施加一定围压，材料剧烈变形中的内部微观缺陷受到抑制，进一步提高材料强度，同时提高抗疲劳与耐腐蚀性能。塑性变形时施加电脉冲，提升材料低温变形塑性，减小变形抗力，使材料的加工次数增加，强度与塑性得到同步提高。

Description

一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法

技术领域

本发明涉及超细晶材料制备技术领域，尤其是一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法。

背景技术

目前制备超细晶金属材料的手段有等径角挤压、累积叠轧、多向压缩、高压扭转等等，但都存在共同的弊端，就是随着累积变形量增大，晶粒细化、强度提高，而韧性急剧下降，制约了晶粒细化加工与材料成品的可加工性。而在金属变形时施加电流，电流促进位错的运动并克服运动中的障碍，减小金属加工硬化现象带来的影响，使其成形性能大大提高。

室温及温态状态下多向压缩、等通道挤压等加工方式的晶粒细化程度随着加工次数的增加，细化速度趋缓，动态回复与位错增殖趋于动态平衡，进一步减小晶粒尺寸存在困难。由于材料发生剧烈的塑性流变，内部流变的不协调导致产生微观孔隙与缺陷，材料的抗疲劳与耐腐蚀性能削弱。

发明内容

为了克服上述技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高强度高塑性超细晶材料深冷电脉冲制备方法，可以连续多次加工，抑制超细晶粒再结晶，增大材料的塑性，大幅增加材料的可加工性，使材料最终同时获得高强度与高塑性，抗疲劳与耐腐蚀性能提高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法，其特征在于，利用加载活塞对深冷处理后的坯料进行压缩变形，坯料上下两个端面分别与电极板接触，两个电极板与脉冲电源相连，坯料周围填充有压力液体。具体操作步骤如下：

第一步：长方体形状的铝合金材料经退火处理后作为坯料；

第二步：将坯料浸泡液氮中，均匀冷却至-196℃；

第三步：将坯料装入筒体内，放置于下电极板上，附带有上电极板的加载活塞插入筒体，坯料与筒体间通入压力液体，对坯料施加围压，围压为10～200MPa，两个电极板与脉冲电源连通，脉冲电源的电压为12～200V，电源峰值电流为10～1000A，频率为100～300Hz，脉冲宽度为10～60μs；

第四步：加载活塞向下运动，坯料的变形量在1％～30％之间，加载速度范围为0.5～115mm/min，变形期间温度控制在-196℃至-50℃之间；

第五步：完成一次变形后将坯料取出，放入液氮中浸泡，均匀冷却至-196℃；

第六步：将冷却后的坯料相对前一次加工完成后的姿态旋转90度装入再进行压缩变形，同时施加电脉冲，坯料与筒体间通入压力液体，坯料的变形量在1％-30％之间；

重复第五、六步若干次，直到平均晶粒尺寸达到0.1～1μm，最终获得高强度超细晶材料成品。

与现有技术相比，采用深冷电脉冲加工方式，强度与塑性均得到提高，材料韧性与可加工性改善，有利于后续加工。微观孔隙与缺陷大幅减少，材料抗疲劳与耐腐蚀性能大幅改善，提高材料服役的可靠性。

附图说明

图1是本发明实现电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法的装置示意图。

图中，1、加载活塞；2、上电极板；3、筒体；4、液体；5、坯料；6、下电极板；7、底座；8、脉冲电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步说明。

一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法，利用加载活塞1对深冷处理的坯料5进行压缩变形，坯料5上下两个端面分别与电极板2、6接触，两个电极板2、6与脉冲电源8相连，坯料5周围填充有压力流体4，反复对坯料5进行压缩变形。

本发明包括以下步骤：

第一步：长方体形状的铝合金或铜合金材料经退火处理后作为坯料5；

第二步：将坯料5浸泡液氮中，均匀冷却至-196℃；

第三步：将坯料5装入筒体3内，放置于下电极板6上，附带有上电极板2的加载活塞1插入筒体3，坯料5与筒体3间通入压力液体4，对坯料5施加围压，围压为10～200MPa，两个电极板与脉冲电源8连通，脉冲电源8的电压为12～200V，电源峰值电流为10～1000A，频率为100～300Hz，脉冲宽度为10～60μs；

第四步：加载活塞1向下运动，坯料5的变形量在1％～30％之间，加载速度范围为0.5～115mm/min，变形期间温度控制在-196℃至-50℃之间；

第五步：完成一次变形后将坯料5取出，放入液氮中浸泡，均匀冷却至-196℃；

第六步：将冷却后的坯料5相对前一次加工完成后的姿态旋转90度装入再进行压缩变形，同时施加电脉冲，坯料5与筒体3间通入压力液体4，坯料的变形量在1％-30％之间；

重复第五、六步若干次，直到平均晶粒尺寸达到0.1～1μm，最终获得高强度超细晶材料成品。

压力液体4可为甲醇或乙醇，压力能由齿轮泵或柱塞泵提供。

筒体3的截面为圆环状，其内径为坯料5截面最大尺寸的4～10倍。

加载活塞1为绝缘材质，可在筒体3内滑动。底座7为绝缘材质。上电极板2、坯料5、下电极板6与脉冲电源8构成电流回路，当脉冲电源8开启可对坯料5施加电脉冲。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法，其特征在于，利用加载活塞对深冷处理后的坯料进行压缩变形，坯料上下两个端面分别与电极板接触，两个电极板与脉冲电源相连，坯料周围填充有压力液体。

2.根据权利要求1所述的电脉冲与围压辅助的超细晶材料深冷制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

第一步：长方体形状的铝合金材料经退火处理后作为坯料；

第二步：将坯料浸泡液氮中，均匀冷却至-196℃；

第三步：将坯料装入筒体内，放置于下电极板上，附带有上电极板的加载活塞插入筒体，坯料与筒体间通入压力液体，对坯料施加围压，围压为10～200MPa，两个电极板与脉冲电源连通，脉冲电源的电压为12～200V，电源峰值电流为10～1000A，频率为100～300Hz，脉冲宽度为10～60μs；

第四步：加载活塞向下运动，坯料的变形量在1％～30％之间，加载速度范围为0.5～115mm/min，变形期间温度控制在-196℃至-50℃之间；

第五步：完成一次变形后将坯料取出，放入液氮中浸泡，均匀冷却至-196℃；

第六步：将冷却后的坯料相对前一次加工完成后的姿态旋转90度装入再进行压缩变形，同时施加电脉冲，坯料与筒体间通入压力液体，坯料的变形量在1％-30％之间；

重复第五、六步若干次，直到平均晶粒尺寸达到0.1～1μm，最终获得高强度超细晶材料成品。