[发明专利]一种提高金属梯度结构强度和塑性匹配度的方法

说明书

本发明公开了一种提高金属梯度结构强度和塑性匹配度的方法，首先对表面清洁的金属板材进行高能喷丸表面纳米化处理，然后对表面纳米化处理后的板材进行轧制，控制轧制压下量在12％～30％之间，最后在50～100℃下真空退火30～60min。轧制后的金属板材在保持厚向梯度组织明显特征的同时，表面粗糙度降低，然后在低温下短时间真空退火既保持组织中细晶仍然存在，又使晶粒内部位错部分回复，增大了位错储存能。本发明能有效解决现有喷丸技术中采用高碳钢丸对金属板材进行加工后表面粗糙度高、板材强度和塑性匹配度低的问题，可显著提高金属强度和塑性匹配度，满足实际应用的需求。

技术领域

本发明涉及一种提高金属梯度结构强度和塑性匹配度的方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

表面纳米化技术主要是采用简单的动力装置，为数量众多的硬质小金属圆球提供足够的动能，使圆球以一定速度连续不断地撞击被加工样品表面，使样品表面一定深度区域的材料发生剧烈塑性变形，进而使得样品表面形成一定厚度的细化组织层。表面纳米化技术利用高能喷丸对金属材料的表面进行机械处理，使其沿厚向获得纳米晶/超细晶及粗晶层的梯度组织，克服了目前三维大尺寸纳米晶体材料制备的技术困难，又将纳米材料的优异性能应用到了传统工程材料的表面改性技术中，具有很大的工业应用价值。但由于加工过程中喷丸速度快，击打能量较高，一方面经处理后的材料表面会出现粗糙度变大的问题，这将大大影响表面纳米化板材的表面质量，增加后续加工工艺成本，另一方面还存在强度升高，塑性降低过多，二者匹配度不好的问题。

轧制变形是一种常见的压力加工方式，这种变形是在轧机上操作，将金属样件通过一对旋转轧辊的间隙，因为受到轧辊的压缩使材料截面减小、长度增加，这也是生产金属板材最常用的生产方式。中国专利申请201410078163.1通过对镍系不锈钢光亮板进行轧制参数的控制来降低成品带钢材表面的粗糙度，抛丸后再进行酸洗、浸泡等多道次工艺操作后再行轧制，然而轧制总变形率不低于70％，变形量太大，可能会破坏原有的组织。

发明内容

针对现有技术中高能喷丸后金属板材粗糙度增加，强度升高而塑性降低过多的问题，本发明提供了一种提高金属梯度结构强度和塑性匹配度的方法，对高能喷丸表面纳米化处理后的金属板材采用可控的轧制变形，降低样品表面粗糙度的同时保持原有高能喷丸处理后样品的硬度梯度效果、细晶/纳米晶组织，保留原有的加工硬化、细晶强化，然后在低温下短时间回复退火，既保持细晶组织，又使晶粒内部位错部分回复，增大位错储存能，提高表面纳米化金属板材的强度与塑性的匹配度。

本发明的技术方案如下：

一种提高金属梯度结构强度和塑性匹配度的方法，具体步骤为：首先对表面清洁的金属板材进行高能喷丸表面纳米化处理，然后对表面纳米化处理后的板材进行轧制，轧制压下量为12％～30％，最后在50～100℃下退火30～60min。

本发明中所述的金属板材为本技术领域常用的金属板材，可为纯金属或合金板材，可选自铝合金板或铜板。

优选地，所述的高能喷丸表面纳米化处理采用3～5mm的钢丸，转速为25m/s，处理时间为15～30min。

优选地，所述的轧制压下量为12％～20％。

优选地，所述的轧制过程中的轧制速度为5～40m/s。

本发明中的轧制压下量的计算公式为：轧制压下量(％)＝(轧前厚度-成品厚度)/轧前厚度×100％。

本发明对表面纳米化处理后的金属板材进行可控的轧制变形，控制轧制压下量在12％～30％范围内，使得轧制过程中板材表面凸起部分在进入轧辊后被压扁、扩充至凹坑处，因变形量控制得当，引入的位错还不足以使样品表面组织发生回复、再结晶，相应的温升也不明显，因此轧制后金属板材沿厚向的硬度最大值并未出现大幅下降，可保持原有高能喷丸处理后样品的硬度梯度效果、细晶或纳米晶组织，保留原有的加工硬化、细晶强化等，同时降低板材的粗糙度，提高表面质量。