基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法

摘要

一种基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法，包括大应变预变形和再结晶热处理，其特征是所述的大应变预变形是使坯料首先经过多对轧制轮轧制变薄，同时使经过多对轧制轮轧制的坯料的变形量不小于50％；其次在最后一对轧制轮的出口处安装等通道转角挤压模具，使经轧制轮轧薄后的坯料进行ECAP变形；所述的再结晶热处理是将经过前述大应变预变形方法获得的坯料送入热处理炉中，在150～500℃下，保温0.5～2h，然后空冷即可。本发明综合了多对轮轧制技术和等通道转角挤压技术两者的优点，能够实现金属材料节能、高效、连续、均匀大应变预变形加工，所制备的金属材料具有晶粒细小、强度和硬度远高于供应态以及具有极好的织构取向等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的改性方法，尤其是一种结合了变形量大于10％的预应形和再结晶技术的金属材料变性方法，具体地说是一种基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法。

背景技术

众所周知，对预变形后的金属材料进行再结晶热处理，是获得细晶金属材料最为有效的工艺方法之一。当其他条件相同时，再结晶的晶粒度与金属材料的预变形度直接相关。当变形度在2％以下时，由于晶格畸变很小，不足以引起再结晶，所以晶粒大小基本不变；当变形度在2％～10％范围内，因变形量小且极不均匀，形核率低，再结晶后的晶粒非常粗大；当变形度超过10％后，随着变形度的增加，晶格畸变增加，形核率随之提高，再结晶后晶粒被细化。因此，对于拟通过再结晶获得细晶金属材料的工艺，实现金属材料的大应变预变形加工是至关重要的环节。同时，合理的织构取向对金属材料的冲压性能、磁性能等具有决定性的影响。

目前，实现金属材料大应变变形加工的技术主要包括多对轧制轮轧制技术和等通道转角挤压技术(Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP)。其中，多对轧制轮轧制技术具有能实现连续生产的特征，但存在对材料施加的应变量有限、难以实现横切面等同大应变(其表层的应变量大而心部的应变量小)和对形变材料的织构取向调控能力较低等不足；而对于ECAP技术而言，虽然可以在不改变材料形状的情况下对金属材料实施横切面等同大应变加工以及可以对形变织构的取向进行调控，但是这项技术由于有限的挤压冲头行程，将其限定为一种不连续、低生产效率、高成本的大应变变形加工方法。尽管自20世纪90年代中期以来，国内外许多研究机构和学者就连续ECAP技术做了一些有益的探索，但均未从根本上解决连续ECAP变形加工所涉及的关键技术或尚停留在实验室研究阶段难以工业化应用。

因此，到目前为止，尚未得到一种可供实际工业化生产的基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对目前大应变加工及后续热处理难以获得织构可控晶粒细小金属材料的问题，发明一种基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法，以获得细晶材料并使材料的XRD谱(即X射线衍射谱)与理想状态相接近。

本发明的技术方案是：

一种基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法，包括大应变预变形和再结晶热处理，其特征是所述的大应变预变形是使坯料首先经过多对轧制轮轧制变薄，同时使经过多对轧制轮轧制的坯料的变形量不小于0.4；其次在最后一对轧制轮的出口处安装等通道转角挤压模具，使经轧制轮轧薄后的坯料在轧制轮驱动下直接进入所述的挤压模具中进行大剪切应变以实现横切面等同大应变并对坯料的织构取向进行改变得到大应变预变形坯料；所述的再结晶热处理是将经过前述大应变预变形方法获得的坯料送入热处理炉中，在150～500℃下，保温0.5～2h，然后空冷即可。

所述的轧制轮对中的上轧制轮和下轧制轮同步旋转或异步旋转。

本发明的有益效果：

(1)本发明综合了多对轧制轮轧制技术和等通道转角挤压技术两者的优点，实现了对金属材料进行均匀连续的大应变预变形，用本发明的方法加工的金属材料的变形量＞50％。

(2)在预变形过程中，通过采用组合式结构，即将连续轧制与等通道变形相结合，利用连续轧制的驱动力为能源，可使能耗(获得单位应变量所消耗的能量)比单独使用多对轧制轮轧制时降低88.5％，应变效率(获得单位应变量所消耗的时间)比多对轧制轮轧制技术提高了35.0％，横切面上的应变均匀性比单狡使用多对轧制轮轧制时提高了198％、比单独使用ECAP技术加工时提高了84.9％。

(3)本发明对金属材料的织构取向具有很强的调控能力，经实践证明采用本发明方法所制备金属材料的XRD谱(即X射线衍射谱)与其理想状态下的XRD谱非常接近(图1)。

(4)采用本发明所制备的金属材料的晶粒大小可达到1～2微米，亚晶粒大小达50纳米左右，其屈服强度较原始坯料可提高60％以上，硬度较原始坯料可提高40～90％。

附图说明

图1是本发明实施例中的纯铝本的标准XRD谱图。

图2是未经本发明方法处理的工业铝的XRD谱图。

图3是经本发明方法处理后的工业铝的XRD谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图3所示。

一种基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料的制备方法，包括大应变预变形和再结晶热处理，所述的大应变预变形是使坯料首先经过多对轧制轮轧制变薄，同时使经过多对轧制轮轧制的坯料的应变量不小于0.4(下压量即变薄量不小于50％)；其次在最后一对轧制轮的出口处安装等通道转角挤压模具，使经轧制轮轧薄后的坯料在轧制轮驱动下直接进入所述的挤压模具中进行大剪切应变以实现横切面等同大应变并对坯料的织构取向进行改变得到大应变预变形坯料，所述的轧制轮对由上、下轧制轮组成，且上、下轧制轮同速反向旋转或异速反向旋转，且上、下轧制轮之间的距离可调，以满足不同规格的坯料的轧制；所述的再结晶热处理是将经过前述大应变预变形方法获得的坯料送入热处理炉中，在150～500℃下，保温0.5～2h，然后空冷即可。

以下是按照本发明的方法基于大应变变形再结晶的织构可控细晶金属材料制备的实例，但不仅仅限于这些实例，对于不同成分的坯料，只要采用本发明所述方法，均可达到本发明的目的。

实施例1：坯料采用退火态工业纯铝，其中轧制应变量1.75(下压量80％)，ECAP应变量0.8，在200℃下进行热处理，保温1h，空冷。所制备的工业纯铝，其晶粒大小达到1～2微米，亚晶粒大小为50纳米左右，其屈服强度较原始坯料提高60％以上，硬度较原始坯料提高50％。

实施例2：坯料采用退火态工业纯铝，其中轧制应变量0.4(下压量50％)，ECAP应变量0.8，在500℃下进行热处理，保温1h，空冷。所制备的工业纯铝具有很好的织构取向，其XRD谱(图3)与纯铝的标准XRD谱非常接近(图1)，从图2可看出，未经本发明处理的工业纯铝的XRD与标准XRD谱(图1)的差距很大。

实施例3：坯料采用退火态5052铝合金，轧制应变量0.4(下压量50％)，ECAP应变量0.8，在500℃下进行热处理，保温1.5h，空冷。所制备的5052铝合金具有很好的织构取向，其XRD谱与理想工业纯铝的XRD谱非常接近。

实施例4：坯料采用退火态工业纯铝，其中轧制应变量1.75(下压量80％)，ECAP应变量0.5，在150℃下进行热处理，保温0.5h，空冷。所制备的工业纯铝，其晶粒大小达到2～3微米，亚晶粒大小为60纳米左右，其屈服强度较原始坯料提高50％以上，硬度较原始坯料提高40％。

实施例5：坯料采用退火态工业纯铝，其中轧制应变量1.75(下压量80％)，ECAP应变量0.5，在300℃下进行热处理，保温2h，空冷。所制备的工业纯铝，其晶粒大小达到2～3微米，亚晶粒大小为55纳米左右，其屈服强度较原始坯料提高55％以上，硬度较原始坯料提高45％。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。