CN1637162A - 棒状超细晶材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棒状超细晶材料的制备方法，其特征是：待细化组织的棒状金属材料(1)卡在固定夹具(10)与旋转夹具(3)之间，通过中频电源(6)与感应线圈(7)对棒状金属材料(1)进行局部加热；当温度达到设定值后，由伺服电机(4)带动旋转夹具(3)旋转，在扭转剪切应力作用下，变形区(9)处的金属晶粒破碎细化；使感应线圈(7)逐渐沿材料(1)轴向移动；同时，冷却圈(45)与感应线圈(7)同步移动，冷却变形区(9)后方的区域，保持已细化的细晶组织；当感应线圈(7)移动到棒状金属材料(1)的另一端时，即可得到一段超细晶组织棒材。本发明一次成形，变形程度高，所用设备吨位低，并可降低超细晶材料的成本。

Description

棒状超细晶材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种棒状超细晶材料的制备方法。
背景技术：
制备超细晶材料的一般方法有：惰性气体凝聚法、气相沉淀法、机械法、机械合金化法、强烈塑性变形法等。强烈塑性变形法又分为两种，一种是高压扭转塑性变形法，另一种是S型等径侧向挤压法。
参见图6，在1999年第四期《材料导报》中，沈辉的“剧烈塑性变形法制备纳米材料Ni和Ni/SiO2”一文中采用高压扭转塑性变形法，对厚度为0.2mm、直径为8mm的圆片状Ni试样进行高压扭转，制备出平均晶粒尺寸约为52nm的超细晶材料。V.R.Gertsman在《scripta metallurgica and mechanical》1994年第229页，“On the structure and strength ofultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation”一文中记载了采用高压扭转塑性变形法，对厚度为200μm，直径为3mm的金属圆片状材料进行高压扭转，制备出平均晶粒直径为170nm的超细晶组织。该方法缺陷是，只能对小片材料进行处理，制备不出大面积或块状的超细晶组织材料，不能应用于工业生产。
参见图7，Z.Y.Liu在《Materials science and Engineering》1998年A242卷137～140页“The effect of cumulative large plastic strain on the structure and properties of a Cu-Znalloy”一文中，记载了采用S型等径侧向挤压法，在高温条件下，对含锌38％的铜锌合金棒材进行多次挤压，最后生成平均晶粒直径为0.3～0.4μm的超细晶材料。该方法的缺陷是设备吨位高，变形程度低，需要多次反复进行。
发明内容：
本发明目的是提供一种制备棒状超细晶材料的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种棒状超细晶材料的制备方法，其特征在于；
1)待细化组织的棒状金属材料(1)卡在固定夹具(10)与旋转夹具(3)之间，通过中频电源(6)与感应线圈(7)对棒状金属材料(1)进行局部加热，加热温度低于材料的动态再结晶温度；
2)当温度达到设定值后，由伺服电机(4)带动旋转夹具(3)旋转，在扭转剪切应力作用下，变形区(9)处的金属晶粒破碎细化；
3)通过控制滑台(44)的移动，使感应线圈(7)逐渐沿材料(1)轴向移动，变换加热区域；同时，冷却圈(45)与感应线圈(7)同步移动，冷却棒状金属材料(1)上变形区(9)后方的区域，保持已细化的细晶组织；
4)当感应线圈(7)从待细化的棒状金属材料(1)的一端移动到另一端时，依次停止加热、冷却及扭转，即可得到一段超细晶组织棒材；
5)对已成型的超细晶组织棒材进行退火处理。
本发明相比现有技术的优点在于，由于采用热扭转偏移法，可制备整块的棒状超细晶材料，而且一次成形，变形程度高，所用设备吨位低。降低了超细晶材料的成本。
附图说明：
图1为热扭转偏移法制备棒状超细晶材料示意图
图2为高压扭转塑性变形法制备超细晶材料示意图
图3为S型等径侧向挤压法制备超细晶材料示意图
图2和图3为背景技术附图
图中1-材料，2-轴承，3-旋转夹具，4-伺服电机，5-温度传感器，6-中频电源，7-感应线圈，8-冷却系统，9-变形区 10-固定夹具，61-压扭模具，71-压头，72-挤压模具。
具体实施方式：
实施例1：参照图1，本例是利用热扭转偏移法制备棒状超细晶材料，属于变形区转移法制备棒(块)状超细晶材料的一种方法。具体过程如下：待细化组织的棒状金属材料1卡在固定夹具10与旋转夹具3之间。旋转夹具3由伺服电机4驱动，在旋转夹具3与伺服电机4中间安装有扭矩传感器41。感应线圈7与中频电源6可对棒状金属材料1进行局部加热。冷却圈45与冷却系统8可对棒状金属材料1进行局部冷却。由温度传感器5用来测量加热区温度。
通过中频电源6与感应线圈7对棒状金属材料1进行局部加热，加热温度低于材料的动态再结晶温度；
当温度达到设定值后，由伺服电机4带动旋转夹具3旋转。由于感应加热的区域温度相对其他区域高，变形抗力小，故塑性变形集中在加热变形区9。由于变形集中，变形区9的变形速率高，容易达到大应变程度，在扭转剪切应力作用下，金属晶粒易于破碎，形成细化晶粒。同时由于是局部变形，设备加载能力要求低，变形过程便于控制。
当起始加热变形区9的温度、变形程度达到设定值，使晶粒细化到一定程度后，通过控制滑台44的移动，使感应线圈7逐渐沿材料1轴向移动，变换加热区域。同时，冷却圈45随滑台44的移动与感应线圈7同步移动，启动冷却系统8，冷却棒状金属材料1上变形区9后方的区域，保持已细化的细晶组织。这样，随着滑台44的移动，棒状金属材料1上的加热变形区9跟随感应线圈7一起移动，使新的加热变形区9的晶粒得到细化、保持。随着加热变形区9的不断移动，就会形成连续的棒(块)状细化金属体。
当感应线圈7从待细化的棒状金属材料1的一端移动到另一端时，依次停止加热、冷却及扭转。从夹具上取下棒状金属材料1，去掉两头过渡段，即可得到一段超细晶组织棒材。
通过控制加热温度、扭转速度和移动速度，可以调节扭转变形过程的变形程度和动态再结晶程度，以在棒状金属材料1内部得到不同程度的细化晶粒。
最后，将已细化晶粒的棒状金属材料1进行适当的回火热处理，以降低残余应力，稳定组织。

Claims (1)

1、一种棒状超细晶材料的制备方法，其特征在于：
1)待细化组织的棒状金属材料(1)卡在固定夹具(10)与旋转夹具(3)之间，通过中频电源(6)与感应线圈(7)对棒状金属材料(1)进行局部加热，加热温度低于材料的动态再结晶温度；
2)当温度达到设定值后，由伺服电机(4)带动旋转夹具(3)旋转，在扭转剪切应力作用下，变形区(9)处的金属晶粒破碎细化；
3)通过控制滑台(44)的移动，使感应线圈(7)逐渐沿材料(1)轴向移动，变换加热区域；同时，冷却圈(45)与感应线圈(7)同步移动，冷却棒状金属材料(1)上变形区(9)后方的区域，保持已细化的细晶组织；
4)当感应线圈(7)从待细化的棒状金属材料(1)的一端移动到另一端时，依次停止加热、冷却及扭转，即可得到一段超细晶组织棒材；
5)对已成型的超细晶组织棒材进行退火处理。
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