[發明專利]一種高性能線材生產工藝方法及裝置

有效

• 申請號: 202010640924.3
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111842530B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 陳志浩;劉超;曹偉;朱協彬;姚敏
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: B21C37/04
• 分類號: B21C37/04;B21B1/16;B21B11/00;B21B45/02;B23K20/10
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 范奇

本發明公開了一種高性能線材生產工藝方法及裝置，屬于嚴重塑性形變細晶技術領域，該工藝方法為通過選材及清洗、超聲沖擊強化處理準備、超聲沖擊強化處理、兩片焊合、多道次滾壓處理等步驟可獲得截面尺寸不變的成品，在一次超聲沖擊強化處理后可得到截面尺寸均勻減薄的成品；本發明的低溫超聲滾壓沖擊裝置包括內部裝有冷卻液的密閉容器，超聲換能器、超聲工具頭、剛性沖擊輥柱、超聲電源、剛性軋輥、軋輥驅動電機、壓力氣缸、彈簧及牽引傳輸機構。本發明提供的工藝方法能對厚度為微米級尺寸的線材或帶材實現均勻的晶粒的高效細化，顯著提高材料的綜合力學性能；提供的裝置能實現線材或帶材的低溫超聲沖擊SPD強化處理，能滿足兩種沖擊處理方式。

技術領域

本發明涉及嚴重塑性形變（SPD）細晶技術領域，具體的涉及一種針對超細金屬線材或超薄帶材的高性能線材生產工藝方法及裝置。

背景技術

嚴重塑性變形法(Sever Plastic Deformation——SPD)具有將粗晶材料的晶粒細化到納米量級的巨大潛力，是近年來逐步發展起來的一種獨特的超細晶(納米晶或亞微米晶)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)環境中，在大的外部壓力作用下發生劇烈塑性變形，從而將材料的晶粒尺寸細化到亞微米或納米量級的一種工藝。強應變大塑性變形可以在低溫條件下使金屬材料的微觀結構得到明顯的細化，從而大大提高其強度和韌性。

迄今為止，由于具有界面減磨，聲學軟化和降低表面粗糙度等獨特特性，超聲振動在輔助金屬成形領域得到了廣泛的應用和研究。在宏觀尺度上，傳統的大功率超聲振動已被廣泛應用于表面處理、金屬成形等制造工藝的改進。例如，超聲滾壓技術是一種結合了傳統軋制和超聲波技術優點的新近發展起來的技術。與傳統軋制技術相比，超聲滾壓主要依靠高頻超聲振動而不是用壓力來處理試樣表面。目前，超聲滾壓技術主要應用于塊體宏觀材料的表面處理，可獲得表面梯度納米化的結構。

在微觀尺度上，超聲振動作為輔助手段，在微型金屬件的拉伸、壓縮和表面精整等微成形工藝中的應用成為該領域的研究焦點。然而，在與塑變成形直接相關的微型金屬件SPD強化領域，尚少有工作探討超聲振動的應用潛力。目前已開發的各類SPD方法的研究對象主要針對于宏觀材料，而超聲振動技術在其中只能扮演著輔助的角色。這是因為超聲振動振幅小，一般只能在十幾微米范圍內形成梯度微/納米結構，因此它的SPD影響范圍十分有限。

金屬線材、箔材作為應用廣泛的工程材料，具有某一維度方向上的尺寸遠小于其他維度的獨特特征，因此其結構介于大塊材料和微型材料之間。顯然，隨著線材、箔材厚度的減小，作用于其厚度方向的超聲振動將可望給線材、箔材整體帶來高效全面的SPD引入，但是目前還未有針對超細金屬線材或超薄帶材的高性能線材生產工藝方法及裝置。

發明內容

1.要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題在于提供一種高性能線材生產工藝方法及裝置，其提供的工藝方法對于厚度在微米級別的線材或帶材能實現其厚度方向上晶粒的高效細化，且晶粒尺寸和形態分布均勻，顯著提高了線材、帶材的綜合力學性能；提供的裝置能連續高效引入嚴重塑性變形，實現線材或帶材的連續低溫超聲沖擊SPD強化處理，能滿足兩種沖擊處理方式，應用價值較高。

2.技術方案

為解決上述問題，本發明采取如下技術方案：

一種高性能線材生產工藝方法，包括如下步驟：

S1、選材及清洗：合理選擇微尺寸的線材，并進行表面清洗去除臟污；

S2、超聲沖擊強化處理準備：準備好用于對線材進行超聲沖擊強化處理的超聲滾壓處理裝置，并合理確定線材的通過速度、超聲頻率及超聲振幅；

S3、超聲沖擊強化處理：開啟超聲滾壓處理裝置，將步驟S1中清洗后的線材勻速通過超聲滾壓處理裝置，超聲滾壓處理裝置對線材進行超聲沖擊強化處理，得到寬度不變，厚度減薄的處理線材Ⅰ；