[发明专利]一种大尺寸铝合金棒材的超细晶轧制方法

说明书

本发明一种大尺寸铝合金棒材的超细晶轧制方法涉及机械加工领域，具体涉及一种大尺寸铝合金棒材的超细晶轧制方法，包括以下步骤：轧制工具设计，具体包括轧辊设计和导板设计，将轧辊设置为双曲面类圆台形轧辊，具体为：轧辊的母线由两个曲线相连而成；将导板的一面设置为曲面；构造变形区：将所述两个导板曲面相对放置，两个轧辊放置在所述导板之间，两个导板和两个轧辊围成的区域为变形区；构造等椭圆度变形区：变形区内椭圆度保持不变；本发明提供了一种大尺寸铝合金棒材的超细晶轧制方法，通过设计双曲面类圆台形轧辊和曲面形导板，构造等椭圆度变形区，可以在显著抑制心部曼内斯曼效应的前提下产生剧烈塑性变形。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种大尺寸铝合金棒材的超细晶轧制方法。

背景技术

超细晶/纳米晶材料及制备技术是当前材料科学领域的研究热点之一。这一方向的研究集中体现了人们通过持续细化晶粒不断提高多晶材料强韧化水平的努力。其中，尤其以剧烈塑性变形（Severe Plastic Deformation，简称SPD）技术的研究成果令人瞩目。

现在，主流的SPD工艺包括高压扭转（HPT）、等通道转角挤压（ECAP）、累积叠轧（ARB）、多向锻造（MF）和扭转挤压（TE）五种方法，其中：

（1）高压扭转变形：在材料厚度上加载数个GPa的压力的同时，下模或者下冲头旋转通过主动的摩擦作用施加扭矩在材料横截面上，促使材料产生轴向压缩和切向剪切变形的塑性加工成形工艺，高压扭转的特点在于工件为盘状，尺寸较小，直径一般为10-20mm，厚度为0.2-0.5mm。

（2）等径角挤压变形：试样在冲头的压力作用下通过两个相同通道的转角, 产生剪切大塑性变形, 而试样横截面的形状和面积保持不变,故经过多次反复挤压就可以将各道次的应变量累积。

（3）累积叠轧法：板料经过表面脱脂钢刷处理以露出其新鲜的表面,然后将两块板料叠合在一起并在室温或者一定的加热温度下进行轧制使两块板料结合成为一块板料，此后将轧制复合的板料从中间切断,从而得到尺寸与原始单板料尺寸相同的两块复合板,然后将得到的两块复合板料进行新一轮的加工。

（4）扭转挤压：Beygelzime等提出该工艺。此方法也是通过剪切变形细化晶粒的成型技术，将柱状坯料挤压通过扭转模，与HPT类似，存在变形不均匀问题，细化晶粒效果低于ECAP和HPT。

（5）多向锻造：对材料不同的方向进行反复墩粗和拔长，引入大的塑性变形，以此来实现晶粒的细化以及材料性能的提高。但是，该方法存在明显的应变梯度，应变均匀性较其他SPD方法差，实际有效的剧烈变形区尺寸也远不能满足工业级的要求。因而晶粒细化效果要明显低于ECAP和HPT。

（6）一种大尺寸铝合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法（申请号201810172446.0），采用正锥形辊对圆形坯料进行等辊距轧制，该成型过程中技术参数：送进角为13~15°、辗轧角为19~21°、轧辊转速n为25~45r/min、直径压下率1.5%~9.5%、孔型椭圆度为1.3-1.6等，实现了大尺寸超细晶棒材的制备。但是，该方法存在变形不均匀等不足，有待进一步改善。

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，具有优良的力学性能, 高的强度、好的延性和韧性。上海交通大学白亮等人在专利【CN 1995419 B】中提及了一种制备超细晶变形铝合金的方法。通过浇注、机械振动、挤压和热处理的方法，从而达到细化晶粒和提高机械性能的目的，最终获得了晶粒度小于10μm的等轴晶粒，由于浇注过程的要求严格，铸件容易出现缺陷，难以满足工业化需求。