一種梯度帶材的深冷表層連續軋制制備方法與流程

本發明屬于金屬材料軋制技術領域，特別涉及一種梯度帶材的深冷表層連續軋制制備方法。

背景技術：

目前，超細晶金屬材料在過去很長時間內得到廣大科學家的關注，人們開發了大量的方法去制備這些材料，比如等通道擠壓技術、累積疊軋技術、高壓扭轉技術等。然而，人們發現超細晶材料，隨著材料強度的提高，材料的韌性急劇降低。

科研人員發現金屬材料中形成梯度結構，可以同時實現材料具有很好的韌性和強度。梯度材料，以在材料表面形成超細晶材料結構，而材料中心部位保留粗晶結構。目前，制備這種材料的方法主要有表面沖擊法、高壓扭轉法。而這兩種方法都只能夠用來制備棒材，而不能用來制備帶材。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種梯度帶材的深冷表層連續軋制制備方法，可以用來制備高質量的具有梯度結構的帶材，該材料的表層為超細晶結構，而材料的心部區域為粗晶，該材料相對于傳統冷軋制備的材料，在具有更好塑形的情況下，材料的強度得到大幅提高。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種梯度帶材的深冷表層連續軋制制備方法，包括如下步驟：

第一步：以退火熱處理后的鋁或鋁合金帶材為原料；

第二步：將帶材放入液氮中進行冷卻，實現材料溫度被均勻冷卻到零下196度；

第三步：將帶材取出，以壓下率1％～3％進行表層深冷軋制，軋制結束后，軋件溫度控制在零下100-120度之間；

第四步：將軋制后的帶材放入液氮中重新冷卻，冷卻時間3～5分鐘；

第五步：將冷卻的帶材再進行表層深冷軋制，壓下率1％～3％；

重復第四步和第五步15～20次，成產出表面超細晶結構而心部為粗晶的梯度結構帶材。

與現有技術相比，采用深冷表層軋制目前適合純鋁及鋁合金材料，通過該工藝，材料的韌性幾乎不降低，但是材料強度能提高30％以上。

附圖說明

圖1是本發明深冷表層連續軋制制備方法示意圖。

圖2是本發明經過20道次深冷軋制制備的梯度結構高純鋁金屬帶材的力學性能與普通室溫軋制制備樣品力學性能比較示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

本發明的主要原理為利用材料表層塑性變形促使表層區域的晶粒細化，同時，利用超低溫變形，抑制塑性變形過程超細晶再結晶，從而使材料表面形成納米結構。圖1所示為深冷表層連續軋制制備流程圖。通過多道次深冷表層軋制，軋件形成梯度結構的帶材，如圖1所示，本發明具體步驟如下：

第一步：以退火熱處理后的鋁或鋁合金帶材為原料。

第二步：將帶材放入深冷箱1內的液氮中進行冷卻，冷卻中的軋件2始終在深冷箱1中，冷卻大約10分鐘，實現材料溫度被均勻冷卻到零下196度。

第三步：將帶材取出，以壓下率在2％進行表層深冷軋制。軋制過程中的軋件3在軋機4的作用下，軋制結束后，軋件溫度控制在零下100度左右。過程中，軋機4的速度V控制在1m/s。

其中，壓下率等于(H-h)/H，H和h分別表示軋制前和軋后軋件的厚度。

第四步：將軋制后的帶材放入液氮中重新冷卻，冷卻時間在5分鐘。

第五步：將冷卻的帶材再進行表層深冷軋制，壓下率在2％。

重復第四步和第五步20次，成產出表面超細晶(納米化)結構而心部為粗晶的梯度結構帶材。

利用本工藝制備梯度結構的高純鋁金屬材料，經過20道次深冷軋制后，材料的力學性能結果如圖2所示。體現該技術具有很好的優越性。

本發明中，每道次壓下率可行范圍為1-3％，軋機速度可行范圍為1-5m/s，軋制道次一般可以為15-20次，根據材料的實際厚度等因素來調整。