[发明专利]一种大塑性变形细化晶粒方法

说明书

技术领域

本发明涉及超细晶材料加工技术，特别是一种制备超细晶材料的大塑性变形加工方法。

背景技术

金属材料晶粒越细，其室温强度越高，而且韧性也同时提高。因此细化晶粒是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法。细化晶粒的方法主要有：利用相变和再结晶的热处理(或形变热处理)，钢液超速急冷，机械合金化(或机械碾磨)，超细粒子烧结，非晶晶体化，以及大塑性变形加工等方法。其中，近年来不断发展的通过使材料产生剧烈的塑性变形，从而达到组织细化的大塑性变形加工方法，具有将粗晶金属的晶粒细化到纳米量级的巨大潜力，越来越受到企业及研究机构的关注。

但现有的大塑性变形方法，如等径角挤压法(Equal Channel AngularExtrusion，简称ECAE)，高压扭转法(High Pressure torsion，简称HPT)，反复重叠压接法(Accumulative Roll-Bonding，简称ARB)，以及循环挤压法(Cyclic Extrusion-Compression，简称CEC)等，大都存在着一些问题，比如模具要求高、寿命低、成本高，生产效率低，无法制备难以变形的材料，所制备的材料尺寸有限等等，一直是大塑性变形法需要突破的难点。

如中国专利CN1446935A公开了一种超细晶材料的制备方法，对板状或棒状金属材料表面进行使金属晶粒破碎细化的硬化处理，利用强塑性变形区转移法制备大面积或棒状超细晶材料；中国专利CN1814821提出了一种表面层为复合纳米晶粒的旋转件及其制造方法，采用超音速微粒表面轰击旋转件，旋转件深度从20～50μm的表面层内铁素体和碳化物的晶粒都细化至1nm～100nm之间的纳米级水平，并具有良好的组织热稳定性，而心部基体仍保持原有的组织，在50μm～200μm的深度内铁素体和碳化物的晶粒直径逐渐由大约100nm过渡到基体的常规尺寸，无明显界面存在；中国专利CN1924030提出了一种加工超声波高能表面机械加工的金属表面纳米化方法，其特征是将超声波换能器上的冲头与金属件待处理表面直接接触，控制超声波换能器与金属件之间的相对位置、相对运动形式、相对运动速度，以及选择或控制超声波换能器冲头的几何形状、振幅、超声波频率和功率，将超声波振动能量输入到金属件，并在金属件表面层造成高应变速率局部强烈塑性变形，从而将金属件表面层晶粒细化到纳米尺度；中国专利CN1733381发明了一种固体材料微纳米化冲压制备装置，其特征是通过冲压固体材料发生塑性形变，从而使晶粒微米化、纳米化，冲压头向下运动的冲压力将钢球压入固体材料的表面达到一定深度，使之产生塑性形变，使晶粒细化。经过反复冲压即可得到微米级、纳米级细晶材料；中国专利CN101078036发明了一种表面干滑动摩擦实现含硅高碳钢无涂层表面纳米化方法；专利WO9323576发明了一种装置，可在电工钢表面线形移动，使其产生塑性变形，细化钢铁材料表面的晶粒；专利WO1993023576发明了一种通过冲头在钢板表面线性移动，施加作用力产生塑性变形来细化电工钢晶粒的方法。

这些专利都是对材料的表面晶粒进行细化，而本发明是对材料的整体晶粒进行细化。

还有，通过热塑性变形细化材料晶粒，如中国专利CN1666812A公开了一种固态搅拌材料制备及改性方法，通过摩擦搅拌头对块体物料的快速摩擦、搅拌所产生的热量，使摩擦区域的原材料处于热塑性状态，并通过高速旋转的搅拌针使处去热塑性状态的原材料发生大的塑性变形并伴随晶粒破碎、细化从而制备所需的块体合金、复合材料或改变原材料的性能；中国专利CN1637161A发明了一种柱状超细晶材料的制备方法，其特征是通过使冷却套筒中的棒状金属材料高速旋转，并施加压力，使其接触端面处的材料产生剧烈剪切塑性变形，晶粒碎化，成为扭转变形层，同时通过冷却套筒，使扭转变形层上层温度高于下侧，扭转变形层由最初摩擦面向上侧高温区转移，在扭转变形层下面就形成了超细晶材料堆积层，连续压扭、冷却，直至全部变成柱状超细晶材料，之后进行那个退火处理。

这些专利均首先使待加工材料在热塑性状态下进行变形细化晶粒，而本发明是一种在室温、或者加热情况下均可以对材料进行晶粒细化的方法。