[發(fā)明專利]一種超聲輔助等通道角拉伸處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010142904.3
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111531096B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志浩;劉洋;曹偉;朱協(xié)彬;姚敏
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工程大學(xué)
• 主分類號: B21J5/00
• 分類號: B21J5/00;B21J3/00;B21D33/00;B21D37/18;B21C37/04;C21D1/32
• 代理公司: 北京元本知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11308
• 代理人: 范奇

本發(fā)明公開了一種超聲輔助等通道角拉伸處理方法，針對常規(guī)等通道角拉伸工藝存在角拉伸過程中彎曲以及拉伸變形所固有的截面減薄?變形不穩(wěn)定等缺陷，本發(fā)明通過方向垂直于連續(xù)剪切面的超聲沖擊鍛打來取代常規(guī)等通道角拉伸工藝中的彎曲機制；最終實現(xiàn)了箔材或線材在不出現(xiàn)明顯截面減薄的前提下，可反復(fù)多道次通過等截面通道角區(qū)域獲得大的有效塑變，獲得超細(xì)晶及改善原有織構(gòu)組織的效果，且所需拉力的降低便于連續(xù)處理，具有實際工程應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及嚴(yán)重塑性形變細(xì)晶技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超聲輔助等通道角拉伸處理方法。

背景技術(shù)

細(xì)化晶粒不僅可以提高材料的強度，而且還可以改善塑性，一直是金屬結(jié)構(gòu)材料的研究熱點。細(xì)化晶粒是改善材料性能的有效手段，傳統(tǒng)的壓力加工技術(shù)(如軋制、擠壓、拉拔和鍛造等)可以細(xì)化晶粒(微米量級)。納米結(jié)構(gòu)金屬由于具有很小的晶粒尺寸(20---500nm)和獨特的缺陷結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的物理、力學(xué)性能。

嚴(yán)重塑性變形法((Sever Plastic Deformation——SPD)具有將粗晶材料的晶粒細(xì)化到納米量級的巨大潛力，是近年來逐步發(fā)展起來的一種獨特的超微粒子(納米晶和亞微晶)金屬及其合金材料制備工藝。它是指材料處于較低的溫度(通常低于0.4T_m)環(huán)境中，在大的外部壓力作用下發(fā)生劇烈塑性變形，從而將材料的晶粒尺寸細(xì)化到亞微米或納米量級的一種工藝。強應(yīng)變大塑性變形可以在低溫條件下使金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)得到明顯的細(xì)化，從而大大提高其強度和韌性。

SPD技術(shù)能將粗晶材料有效地細(xì)化到亞微米甚至納米尺度范圍，而且獲得的SPD納米結(jié)構(gòu)材料具有結(jié)構(gòu)致密、組織均勻、顆粒細(xì)小、界面清潔等諸多優(yōu)點，因而在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。大塑性變形被認(rèn)為是塊體金屬實現(xiàn)納米化最為有效的途徑之一。

迄今為止，人們在大塊材料領(lǐng)域開發(fā)了大量的spd方法，代表性的有HPT、PRB、ECAP等，以及基于此的大量衍生工藝。它們的適用對象多為毫米級、亞毫米級以上的大塊材料，且大多存在各類缺陷難以應(yīng)用于連續(xù)spd生產(chǎn)過程，停留于實驗室階段。其中等通道角擠壓(ECAP)作為被認(rèn)為是最具前途的spd方法，具有能在材料內(nèi)引起大的塑性變形而不會改變其外部橫截面，可重復(fù)通過相同模具獲得不斷增大的等效塑變的優(yōu)點。但ECAP及其各類衍生方法在加工中需要極高壓力載荷，不適合連續(xù)加工長坯料的規(guī)模生產(chǎn)過程。如圖1所示。詳見Jon Alkorta等人“On the impossibility of multi-pass equal-channel angulardrawing”，Scripta Materialia 47(2002)13–18。等通道角拉伸(ECAD)方法將ECAP中的擠壓過程改成拉伸，簡單易行，在連續(xù)處理方面顯然有很大的潛力，但角拉伸過程中彎曲以及拉伸變形固有截面減薄-變形不穩(wěn)定等缺陷，使之失去了工程應(yīng)用意義。

本發(fā)明的目的在于提供一種針對金屬或金屬基箔材、細(xì)線材的，高效連續(xù)、無尺寸明顯減小的嚴(yán)重塑性變形細(xì)晶工藝方法，通過晶粒細(xì)化及組織織構(gòu)改善，進(jìn)而強化提高材料性能。針對常規(guī)等通道角拉伸工藝存在角拉伸過程中彎曲以及拉伸變形所固有的截面減薄-變形不穩(wěn)定等缺陷，本發(fā)明通過方向垂直于連續(xù)剪切面的超聲沖擊鍛打來取代常規(guī)等通道角拉伸工藝中的彎曲機制；最終實現(xiàn)了箔材或線材在不出現(xiàn)明顯截面減薄的前提下，可反復(fù)多道次通過等截面通道角區(qū)域獲得大的有效塑變，獲得超細(xì)晶及改善原有織構(gòu)組織的效果，且所需拉力的降低便于連續(xù)處理，具有實際工程應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超聲輔助等通道角拉伸處理方法，其以金屬或金屬基箔材、細(xì)線材為對象，在ECAD方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合超聲振動開發(fā)出一種新的連續(xù)等通道角拉伸裝置和技術(shù)，通過超聲振動帶來的各特性來改進(jìn)目前通道角拉伸技術(shù)的上述缺點：利用超聲垂直方向上的往復(fù)鍛打來破壞角拉伸變形過程中的彎曲機制，消除角拉伸過程減薄行為；利用構(gòu)成通道上表面的振動過程與箔材表面的不連續(xù)接觸來減小拉拔過程所需克服的摩擦阻力，實現(xiàn)了所需拉拔力大幅降低等，最終在薄層金屬上實現(xiàn)無減薄的連續(xù)規(guī)模化SPD處理。以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。