CN1842380A - 具有立体纹理的金属扁丝或带材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料科学领域和涉及制造具有立体纹理结构的金属扁丝或带材的一种工艺方法，它们用作物理化学镀层的衬底。本发明的任务是提供一种工艺方法，借助于该法，经最后加工成形步骤得到的制品勿需对棱边再进行加工。该项任务的解决是通过一种方法，其中将镍、铜、金或银基础材料借助冷拉工艺加工成线材，可实现总截面缩减εg≥75％或对数形变φg≥1.4，然后将线材继续经加工成形和退火工艺形成具有立纹结构和设定宽度可调的扁丝和带才。
Description
本发明的应用领域
本发明涉及材料科学领域和涉及具有立体纹理(立纹)的金属扁丝和带材的制造方法，它们例如可用于有高的精细结构取向的物理-化学镀层的衬底。此处的纹理结构用作在基底上沉积层结晶定向成长的基础。这样的衬底例如可适用于金属或陶瓷镀层的基底，如应用于高温超导领域，这类镀层超导体基底带的应用可见于超导磁体、变压器、马达、X-射线层析照像机或超导电流传导路径或电缆中。此外，这类结构的金属带还可作为磁体材料应用，例如高导磁率的镍-铁合金。
当前技术现状
具有立体面心晶格的多晶体金属如铜、镍、金和在一定条件下也包括银对片材或扁带材先进行强力冷轧，而后进行再结晶，即可在立体方向上形成线条清楚的纹理结构(G.Wassermanm：Texturewmetallischer werkstoffe，springer，Berlina，1939；H.Hu u.a.：Trans.ASM224(1962)96-105)。这项基础性工作(W Kster：Z.Metallkde.18(1926)112-116)和其它重要的试验(R.D.Doherty u.a.：Mater.Sci.Eng.A257(1998)18-36)是用带有随后经退火处理的带材轧制工艺进行的。
在平面的形变工况成形和随后进行退火轧制方法制成纹理结构的金属带，特别是镍-和银带材，迄今还用作金属镀层、陶瓷缓冲层和陶瓷超导层的衬底(A.Goyal u.a：uspatent 5741377，Apr.21.1998)。这种金属带材适于作基底材料，它与在表面上直接实现的纹理结构程度及其质量有决定性关系。
纹理结构质量除了化学合金的影响外，主要还与用专门的机械成形技术的前提条件所生成的再结晶-立纹结构共同有关，在冷轧时具有高的最小形变是绝对必要的，此时加工成形物优选应具有细粒的原料结构。对铜而言，其最小形变度为82％(O.Dahl，F.pawlek：Z.Metallkde.28(1936)266-271)。为了得到较高程度的纹理结构，需达到相当高的形变度，部分厚度缩减超过99％，这种加工成形工艺是非常昂贵的制造技术，因为数十年没有见到可替代的方法出现，目前只能接受此法。在制造具有立纹结构金属带材时，有别于轧制的其它成形方法，迄今还没有实际意义。
然而最近得到证明，借助拉拔工艺方法并进行随后的退火处理也可使带材加工成形具有立纹结构(J.Eikemeyer，D.Sellmann，R.Oritz，B.deBoer，B.Holzappel，L.Schultz：Schsische Fachtagungumform-technik，04-05，12.2001，Tu Bergakademie Freilerg/sa，s.99-106)，这种工艺方法迄今还未获得实际应用。
特别是对于镍、铜、金和银而言，关于应力-和形变工况对于金属成形-和退火纹理结构形成作用的通用理论目前还未见到，因此也就不可能可靠地计算出加工方法对成形-和退火纹理结构的作用关系。另外，在加工成形物和成形高模具之间的摩擦条件也以无法预测的方式影响带材尤其是薄带材纹理结构的形成。
随着较理想的退火纹理在带材方面应用日益增长，作为非常长的准单晶的基底(超导的层型导体)不仅是在带材内部，尤其是在该镀层衬底的表面也要求有尽可能完美的纹理结构，基于此，需对所有可能干扰纹理结构形成的影响作出严格评价，并尽可能避免，这对于材料的加工成形时的优化工艺条件也是有用的，它们迄今主要只是局限于带材和片材轧制过程中。
本发明本质的阐明
本发明的任务是提供一种具有立纹结构的金属扁丝或带材的制造工艺方法，借助这些纹理使成品在经过最后加工成形工序和随后的退火处理，产生高度立纹结构。
此任务通过在权利要求中所述发明获得解决，其它的内容在从属权利要求中。
按本发明的方法为制造具有立纹结构的金属扁丝或带材将镍、铜、金或银基础材料借助高形变加工成形的冷拉工艺方法，通过多段操作加工成大部分为圆形截面的线材，此时可实现总截面缩减εg≥75％或对数形变g≥1.4。然后将线材继续借助其它加工成形-和退火工艺加工成具有立纹结构的设定宽度可调的金属扁丝或带材，此处设定的线材截面的宽度和形变程度是经线材的进一步加工成形步骤调节和确定的。
冷拉工艺方法是以总截面缩减εg≥90％或对数形变g≥2.3优选实现的。
用金刚石拉模作为滑移拉拔的冷拉工艺方法在拉模角2α＝2°-20°时实现是优选的，拉模角2α≤12°时更为优选。
另外，用更选拉拔方向的冷拉工艺(换向)来实施也是优选的。
如果在后加工成形-和退火工艺方法之前省去线材的中间处理也是有利的。
按本发明方法用于制造金属扁丝-或带材的基础材料是那些经冷加工成形和随后进行的再结晶易于形成立纹结构的物质，属于其中的是具有立体面心晶格的金属材料，如镍、铜、金和在特殊条件的银以及它们的一部分合金。
按本发明的方法将这些金属基础材料通过高度冷拉加工成基本上呈圆形截面的线材，这些线材随后通过应用已为熟知的自由转向轧辊的轧拔或通过平行排列拉拔夹具的拉拔或通过轧制加工成一金属扁丝或金属带，其中的立纹结构是在相继进行的本为已知的再结晶退火过程逐渐形成的。
在本发明的范围内称谓的金属扁丝，可理解为那些由线材通过冷加工成形制造的成品，其宽度和厚度主要是通过原料线材的直径和采用加工程序来决定的。
所称谓的金属带材可理解为那些通过冷加工成形由半成品制造的成品，其带宽是由更宽幅的制品经纵向裁剪得到的。
高冷拉先是将原材料通过金刚石拉模进行拉拔，这在线材制造中是常见的，随后加工成形可通过轧制成带材或借助滚压设备或拉拔夹具将带材进行拉拔。作为经过金刚石拉模的滑移拉拔进行冷拉，优选是通过2°至20°之间拉模角的金刚石拉模，特别优选拉模角为≤12°，此时线材的冷拉是在同一方向(单向的)或优选是采用更换拉向(换向的)的方式实施的。
此外，用本发明的方法在拉丝后和下一步加工成金属扁丝和金属带之前的线材勿需进行中间处理，这在工艺技术上是有利的。
按本发明的方法经冷拉成线材和继续加工成扁丝或带材，而后进行退火，在相应的厚度缩减时，至少在立体方位上产生相关联纹理度，如同迄至目前借助滚压设备或拉拔夹具所进行的冷轧和冷拉情况一样，强力的拉丝所产生的结构状态对以后的再结晶-立纹结构的形成特别有利。
新工艺方法的优点主要在于，调节所设定的线材直径和调节随后进行的线材成形工序能够控制成品金属扁丝或金属带的宽度，而勿需如以往那样必须对宽幅的带材进行纵向剪裁。此外还省去了化费较大的棱边加工处理，这样在生产作业线上既省去纵向剪裁设备，亦不必对棱边再加工。同时该工艺在操作中没有材料损耗，如为剪裁必然产生的边条，也没有在修理棱边时不可避免会产生切削产物，同时还省去了那些对敏感的带材表面质量始终存在损害的工艺步骤。
虽然拉丝工艺是一早为人知的加工方法，但它对于由线材制成的金属扁丝或金属带的加工形变-和退火纹理结构的影响迄今却未进行研究。
令人感到意外地发现拉丝在生产具有立纹结构的金属扁丝或金属带过程中并无负面影响，这一点对达到高立纹结构的特殊处理提供了启示，其所以非常令人惊奇，因为拉拔纹理结构作为纤维纹理完全不同于轧制的纹理，不可想象它对力求得到的再结晶-立体方位会有正面影响，作为已知是由一定的立体-面心晶格金属和其合金的轧制纹理产生的。将圆形线材在经过大尺寸范围的加工成扁丝或带材时存在的非均匀性的应力-和变形工况本身对于形成具有立纹结构的最终制品并无害处这一点是出乎意料的。
本发明在工艺技术上能更实际有效地制造出相同或较好产品质量，所以本发明的方法在制造底基带或磁带用途方面存在可行性，因为它毫无疑问地节省了通常需要的如纵向剪裁和修饰棱边的一些专门设备的能耗、操作费用和成本。
用熔融冶金法制造具有纹理结构的金属和合金优选是通过在铜铸型中浇铸实施的。选择经冷态-和热态等压压制的粉末冶金法加工原材料替换熔融冶金制造过程是有利的。
冶金制造的铸造-和压制件可在随后进行的常规热成形开始之前经均匀退火，可得到有利的初始组织结构和对最后的强冷加工成形有调控意义的颗粒度。热加工变形程度也包括退火温度和退火时间，专业人员易于从它们对后续过程应具有良好的冷加工性方面作出优化选择。再结晶的退火气氛以呈现还原性或惰性为有利。退火的温度和时间随着合金含量递增应逐渐改变，专业人员对其调控也是不成问题的。
按本发明的溶液与其它已知溶液的主要区别在于，作为用于扁丝或带材制造用的初始制品也是基本上呈圆形截面的线材，它对于在最后制造扁丝或带材的立纹形成不存在有害的作用，这在已知的现有技术中是不能预料到的。
在线材中的拉拔-和退火纹理结构通过沿线轴的唯一择优取向相应于纤维纹理结构式样是很突出的。强力拉拔的具有纤维纹理的线材经随后相应较小扁平化形变为形成双轴向再结晶-立纹结构成为务好的前提，这是令人惊奇的。
实施本发明最佳途径
借助实例对本发明作进一步阐明。
此处表示：
图1：借助EBSD对82Mm厚的镍-铁-带材(Ni53Fe47)的纹理度组织结构照像。该带材的制造是先用φ20mm的原料线材拉拔成φ5mm(ε＝93.75％)和经过中间退火后再拉拔成φ1.25mm(ε＝93.75％)的线材，而后通过单向轧拔为直径1.25mm(ε＝87.9％)。
例1
一圆条状的Ni53-Fe47合金依传统方法在20mm直径的拉条-或拉丝机中经多段操作拉拔成基本上呈直径为5mm圆截面的线材(第一次总缩减εg＝93.75％)。在850℃时再结晶退火后，继续冷拉成直径为1.25mm(第二次总缩减εg＝93.75％)，而后，将此线材再经单向轧拔加工成εg＝87.4％截面缩减的扁丝，其宽度为1.89mm，厚度为82μm，在1100℃经60分钟的纹理退火产生高度再结晶立纹，在组织结构中占到94.3％(图1)，其中偏角取向＜10°的小角晶界占全部晶粒界的93.1％(图1中的白色)。这样一种纹理结构质量按常规的连续带材加工成扁平制品只有在带材缩减大于εg＝99％时才能达到，产生的扁丝勿需再作进一步加工处理。
例2
一圆条状的Ni53-Fe47合金依传统方法在20mm直径的拉条-或拉丝机中经多段操作拔成基本上呈直径5mm圆形截面的线材(第1次总缩减εg＝93.75％)。在850℃时再结晶退火后继续冷拉成直径为1.25mm(第2次总缩减εg＝93.75％)，而后，将此线材再经换向轧拔加工成εg＝87.9％截面缩减的带材，其宽度为1.86mm，厚度为77μm。在1100℃经60分钟的纹理结构退火产生高度再结晶-立纹，在组织结构中占到91.3％，其中小角晶界(偏角取向＜10°)占全部晶粒界的92.8％。这样一种纹理结构质量按常规的连续带材加工成扁平制品只有在带材缩减大于εg＝99％时才能达到，产生的扁丝勿需再作进一步加工处理。
例3
一圆条状的Ni53-Fe47合金依传统方法在20mm直径的拉条-或拉丝机中经多段操作拉拔成基本上呈1.25mm直径圆形截面的线材(第1次总缩减εg＝99.6％)。而后，将该线材继续通过换向轧拔成εg＝87.9％截面缩减的带材，其宽度为1.83mm、厚度为80μm。在1100℃经60分钟的纹理结构退火得到高度再结晶立纹，在组织结构中占91.6％，其中小角晶界(偏角取向＜10°)占全部晶粒界的83.6％，产生的带材勿需再作进一步加工处理。
例4
一圆条状的Ni53-Fe47合金依传统方法在20mm直径的拉条-或拉丝机中经多段操作拔成基本上呈5mm直径圆形截面的线材(第1次总缩减εg＝93.75％)。在850℃经再结晶退火后继续冷拉成直径为1.25mm(第2次总缩减εg＝93.75％)，而后，将该线材继续通过换向轧拔成εg＝82.2％截面缩减的带材，其宽度为，厚度为97μm。在1100℃经60分钟的纹理结构退火产生高度再结晶-立纹结构，在组织结构中占82.9％，其中小角晶界(偏角取向＜10°)占全部晶粒界的61.9％。产生的带材勿需再作进一步加工处理。
例5
原材直径为5mm的含有5原子％钨合金的镍线经多段拉拔成1mm直径(εg＝96％)。此后将该线材不经中间处理轧制成最终尺寸宽度为1.9mm，厚度为60μm的扁丝，而后将扁丝在1100℃经1小时的热处理，此时形成清晰的立纹，它可用于外延生长层镀层的衬底。
Claims (6)
1.制造具有立纹结构的金属扁丝或带材的方法，将镍、铜、金或银基础材料借助高形变加工成形的冷拉工艺经多段操作加工成基本上呈圆形截面的线材，此时可实现总截面缩减εg≥75％或对数形变g≥1.4，而后，继续将线材借助其它加工成形和退火工艺加工成具有立纹结构设定宽度可调的金属扁丝和带材，此处的线材截面设定的宽度和形变程度是经线材的继续加工成形步骤调节和确定的。
2.按权利要求1的方法，其中冷拉工艺方法可实现总截面缩减εg≥90％或对数形变g≥2.3。
3.按权利要求1的方法，其中作为滑移拉丝的冷拉工艺是通过拉模角2α＝2°-10°的金刚石拉模实现的。
4.按权利要求3的方法，其中冷拉用拉模角2α≤12°实现的。
5.按权利要求1的方法，其中冷拉工艺分别是用更换拉向(换向)方式进行的。
6.按权利要求1的方法，其中继续加工成形和退火工艺之前，可取消线材的中间处理过程。
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