[发明专利]细化晶粒的塑形变形方法及孪晶材料制备装置

说明书

本发明涉及细化晶粒的塑形变形方法及用于孪晶材料制备装置，用于将金属晶粒进行细化，包括以下步骤：对待塑形变形的样品进行冲击并使其射出；使射出的样品进入逐渐收窄的空间；其中，样品在逐渐收窄的空间内的过程中，样品被逐渐挤压并最终从该空间出口挤出，完成晶粒细化。本方法使材料在大塑性变形过程中，提高加载应变率能够很大程度的增加晶粒细化效果，并且由于增加了材料制备过程的应变率效应，可以抵消一部分由材料脆性带来的损伤问题。

技术领域

本发明涉及材料加工领域，特别涉及细化晶粒的塑形变形方法及用于孪晶材料制备装置。

背景技术

目前为止，金属材料晶粒细化方法大致分为五种：超细粉末冷压或热压法，剧烈塑性变形方法，气相沉积法，电沉积法及非晶合金晶化法。其中超细粉末冷压或热压法、气相沉积法、电沉积法及非晶合金晶化法由于受到实验条件的限制，制备出的样品大多内部存在裂纹、气孔和致密度差等缺陷，严重影响了材料的强度等性能，并且制备的样品尺寸较小，不适合大批量生产。而大塑性变形是改善材料组织，提高材料各种性能的最有效的方法之一。大塑性变形技术作为一种能够有效细化晶粒，提高材料组织和力学性能的深度塑性变形方法。它是通过外界施加较强的载荷，使具有大晶粒尺寸的金属或合金发生强烈的塑性变形，使得材料内部产生高密度的位错，位错之间通过相互作用发生位错重排、塞积和缠结等形成位错胞、位错墙等高密度的位错组织，经过一系列演化形成亚晶粒，亚晶粒吸收位错转换为大角度晶界，最终长成小晶粒从而达到组织细化的目的,与其他制备方法相比，SPD技术具有许多独特优势，例如：它可以克服试样中有孔隙，成分不纯、大尺寸胚体难以生产等问题

常用的SPD方法有高压扭转变形(Highpressingtor-rision，HPT)、反复叠轧技术(Accumulative rolling-bonding,ARB)、循环挤压技术(Cyclic extrusion compression，CEC)、超音喷丸(Ultrasonic shot peening，USP)和等通道转角挤压(ECAP)等。利用大塑性变形技术可以充分发挥材料的潜能，制备出性能优异的细晶材料，工业应用前景广阔。其中等通道转角挤压技术目前被认为是最普遍使用的一种重要的塑性加工技术。ECAP的原理是将试样放入一个由上下两部分拼合而成，通道带有弯曲角度的模具中，冲头压力以恒定的速度将试样压入通道，试样在转角处会产生均匀剧烈的剪切变形。由于挤压前后试样的横截面积保持不变，故可以反复挤压，使变形量累积叠加获得更大的变形量。

大量的实验研究结果表明，传统的塑性变形可以制备高密度的细晶材料，超细晶材料的出现带来了同时提高材料强度和韧性的可能性。根据传统位错理论建立的Hall-Petch关系，平均晶粒尺度越小，材料强度越高(晶界强化效应：高体积分数晶界可以有效增加对可动位错的阻碍，增加材料塑性变形抗力导致材料强度上升)。但是，传统的剧烈塑性变形方法也存在其局限性，随着晶粒细化的进行，出现位错密度饱和问题，达到一定累积变形量后(对于ECAP，真应变为8)材料的晶粒细化能力“消失”，所以传统的SPD方法仅适合制备超细晶材料，大大阻碍了塑性变形工艺的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有更大适用范围的细化晶粒的塑形变形方法和一种可提高加载应变率以得到晶粒细化效果更好的孪晶材料制备装置。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是细化晶粒的塑形变形方法，用于将金属晶粒进行细化，包括以下步骤：

对待塑形变形的样品进行冲击并使其射出；

使射出的样品进入逐渐收窄的空间；

其中，样品在逐渐收窄的空间内的过程中，样品被逐渐挤压并最终从该空间出口挤出，完成晶粒细化。