一种梯度带材的深冷表层连续轧制制备方法与流程

本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种梯度带材的深冷表层连续轧制制备方法。

背景技术：

目前，超细晶金属材料在过去很长时间内得到广大科学家的关注，人们开发了大量的方法去制备这些材料，比如等通道挤压技术、累积叠轧技术、高压扭转技术等。然而，人们发现超细晶材料，随着材料强度的提高，材料的韧性急剧降低。

科研人员发现金属材料中形成梯度结构，可以同时实现材料具有很好的韧性和强度。梯度材料，以在材料表面形成超细晶材料结构，而材料中心部位保留粗晶结构。目前，制备这种材料的方法主要有表面冲击法、高压扭转法。而这两种方法都只能够用来制备棒材，而不能用来制备带材。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种梯度带材的深冷表层连续轧制制备方法，可以用来制备高质量的具有梯度结构的带材，该材料的表层为超细晶结构，而材料的心部区域为粗晶，该材料相对于传统冷轧制备的材料，在具有更好塑形的情况下，材料的强度得到大幅提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种梯度带材的深冷表层连续轧制制备方法，包括如下步骤：

第一步：以退火热处理后的铝或铝合金带材为原料；

第二步：将带材放入液氮中进行冷却，实现材料温度被均匀冷却到零下196度；

第三步：将带材取出，以压下率1％～3％进行表层深冷轧制，轧制结束后，轧件温度控制在零下100-120度之间；

第四步：将轧制后的带材放入液氮中重新冷却，冷却时间3～5分钟；

第五步：将冷却的带材再进行表层深冷轧制，压下率1％～3％；

重复第四步和第五步15～20次，成产出表面超细晶结构而心部为粗晶的梯度结构带材。

与现有技术相比，采用深冷表层轧制目前适合纯铝及铝合金材料，通过该工艺，材料的韧性几乎不降低，但是材料强度能提高30％以上。

附图说明

图1是本发明深冷表层连续轧制制备方法示意图。

图2是本发明经过20道次深冷轧制制备的梯度结构高纯铝金属带材的力学性能与普通室温轧制制备样品力学性能比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明的主要原理为利用材料表层塑性变形促使表层区域的晶粒细化，同时，利用超低温变形，抑制塑性变形过程超细晶再结晶，从而使材料表面形成纳米结构。图1所示为深冷表层连续轧制制备流程图。通过多道次深冷表层轧制，轧件形成梯度结构的带材，如图1所示，本发明具体步骤如下：

第一步：以退火热处理后的铝或铝合金带材为原料。

第二步：将带材放入深冷箱1内的液氮中进行冷却，冷却中的轧件2始终在深冷箱1中，冷却大约10分钟，实现材料温度被均匀冷却到零下196度。

第三步：将带材取出，以压下率在2％进行表层深冷轧制。轧制过程中的轧件3在轧机4的作用下，轧制结束后，轧件温度控制在零下100度左右。过程中，轧机4的速度V控制在1m/s。

其中，压下率等于(H-h)/H，H和h分别表示轧制前和轧后轧件的厚度。

第四步：将轧制后的带材放入液氮中重新冷却，冷却时间在5分钟。

第五步：将冷却的带材再进行表层深冷轧制，压下率在2％。

重复第四步和第五步20次，成产出表面超细晶(纳米化)结构而心部为粗晶的梯度结构带材。

利用本工艺制备梯度结构的高纯铝金属材料，经过20道次深冷轧制后，材料的力学性能结果如图2所示。体现该技术具有很好的优越性。

本发明中，每道次压下率可行范围为1-3％，轧机速度可行范围为1-5m/s，轧制道次一般可以为15-20次，根据材料的实际厚度等因素来调整。