[發明專利]一種超低溫沖擊動載大塑性變形裝置及方法

在審

• 申請號: 202110325422.6
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113073184A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 張涵;喬及森;楊浩;趙文軍;夏天東
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C21D7/10
• 分類號: C21D7/10;C21D6/04;C22F1/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李越

本發明屬于超低溫沖擊動載變形金屬塊體材料超細晶/納米晶制備技術領域，公開了一種超低溫沖擊動載大塑性變形裝置及方法，在液氮溫度下連續進行高速動態加載的塑性變形；在超低溫度下抑制金屬塑性變形過程中的動態回復；獲得更高的形變能，有效累積位錯密度，得到超細晶/納米尺度金屬材料。公開的超低溫沖擊動載大塑性變形裝置底板放置在一塊空曠的平地上，底板上放置有內筒和外筒，金屬樣品固定在隨動沖擊模具中，隨動沖擊模具在裝置中與氣動沖擊錘的錘桿相連，裝置內充滿液氮。本發明具有超低溫度、樣品隨動模具沖擊、連續高速動態加載的特點，實現了塊體金屬超細晶/納米晶的制備，力學性能顯著提升。

技術領域

本發明屬于超低溫沖擊動載變形金屬塊體材料超細晶/納米晶制備技術領域，旨在設計一種超低溫沖擊動載大塑性變形裝置及方法。

背景技術

目前，要獲得超細晶/納米晶的細化效果必須對金屬進行極大的形變加工或使金屬獲得極大的累積變形量，即大塑性變形，用以實現更高的變形應變和引入復雜應力/應變狀態(如強烈的剪切變形)。目前已有的大塑性變形技術有：高壓扭轉、等徑角擠壓、累計疊軋等。大塑性變形技術由于簡單高效，適用范圍廣，是制備納米金屬材料的主要方法之一。

在低溫或超低溫環境下變形會抑制室溫變形過程中的動態回復而獲得更高形變儲能，位錯運動至孿晶界或晶界處不斷塞積，提高過飽和位錯密度，累積高的變形量，產生更多豐富的變形缺陷及缺陷密度，從而極大的提高金屬材料強度。

同時，低溫下的動態塑性變形和表面機械研磨處理中高層錯能金屬純鎳也獲得了顯著的研究成果。利用低溫+高速變形多晶純鎳，獲得了高密度的含有大量小角晶界的納米片層結構，小角晶界也是一種低能態界面，這種含有大量小角晶界的納米片層結構具有高強度和高熱穩定性，主要變形機制為位錯滑移。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：大塑性變形有效累積變形的效率較低，需多道工序累計變形；金屬納米化區域小，超細晶/納米晶多集中在表層，對于塊體金屬材料整體納米化制備較為困難；變形過程中金屬材料的組織均勻性較難控制，不同區域力學性能差異大。

解決以上問題及缺陷的難度為：

1)現有變形工藝及設備主要在常溫或中高溫條件下對金屬采取塑性變形，而低溫條件的獲取較難實現；2)常規加工方法可獲得靜態及準靜態條件下的塑性變形，但較難獲得高速沖擊下的大塑性變形；3)現有變形方法較難獲得連續塑性變形，塑性變形累計量不足；4)現有金屬微米納米化制備技術很難針對大塊體金屬實施。

解決以上問題及缺陷的意義為：

通過低溫高速沖擊動載大變形，可以使得金屬材料在晶粒內部及晶界處累計大量位錯缺陷，從而有效促進晶粒向亞晶轉變。同時在低溫條件下可以有效抑制金屬材料在變形過程及變形終了時所產生的回復與再結晶發生，從而保證晶粒細化效果。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種超低溫沖擊動載大塑性變形裝置及大塑性變形方法。

本發明是這樣實現的，一種超低溫沖擊動載大塑性變形方法，所述超低溫沖擊動載大塑性變形方法包括以下步驟：

步驟一，在液氮溫度下進行高速連續沖擊動態加載的塑性變形；

步驟二，在超低溫度下抑制金屬塑性變形過程中回復與再結晶的發生；

步驟三，獲得更高的形變能，有效累積位錯密度，有效促進晶粒向亞晶轉變，有效保證晶粒細化效果，得到超細晶/納米尺度金屬材料。

進一步，所述變形溫度：-196℃；應變速率：10²～10³s^-1；真應變：≥1.2。

進一步，所述步驟一高速沖擊動態加載的塑性變形過程中，隨動沖擊模具和金屬樣品全部始終浸泡在液氮浸泡式冷卻裝置中的液氮介質里。