[发明专利]一种高性能线材生产工艺方法及装置

说明书

本发明公开了一种高性能线材生产工艺方法及装置，属于严重塑性形变细晶技术领域，该工艺方法为通过选材及清洗、超声冲击强化处理准备、超声冲击强化处理、两片焊合、多道次滚压处理等步骤可获得截面尺寸不变的成品，在一次超声冲击强化处理后可得到截面尺寸均匀减薄的成品；本发明的低温超声滚压冲击装置包括内部装有冷却液的密闭容器，超声换能器、超声工具头、刚性冲击辊柱、超声电源、刚性轧辊、轧辊驱动电机、压力气缸、弹簧及牵引传输机构。本发明提供的工艺方法能对厚度为微米级尺寸的线材或带材实现均匀的晶粒的高效细化，显著提高材料的综合力学性能；提供的装置能实现线材或带材的低温超声冲击SPD强化处理，能满足两种冲击处理方式。

技术领域

本发明涉及严重塑性形变（SPD）细晶技术领域，具体的涉及一种针对超细金属线材或超薄带材的高性能线材生产工艺方法及装置。

背景技术

严重塑性变形法(Sever Plastic Deformation——SPD)具有将粗晶材料的晶粒细化到纳米量级的巨大潜力，是近年来逐步发展起来的一种独特的超细晶(纳米晶或亚微米晶)金属及其合金材料制备工艺。它是指材料处于较低的温度(通常低于0.4T_m)环境中，在大的外部压力作用下发生剧烈塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米或纳米量级的一种工艺。强应变大塑性变形可以在低温条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。

迄今为止，由于具有界面减磨，声学软化和降低表面粗糙度等独特特性，超声振动在辅助金属成形领域得到了广泛的应用和研究。在宏观尺度上，传统的大功率超声振动已被广泛应用于表面处理、金属成形等制造工艺的改进。例如，超声滚压技术是一种结合了传统轧制和超声波技术优点的新近发展起来的技术。与传统轧制技术相比，超声滚压主要依靠高频超声振动而不是用压力来处理试样表面。目前，超声滚压技术主要应用于块体宏观材料的表面处理，可获得表面梯度纳米化的结构。

在微观尺度上，超声振动作为辅助手段，在微型金属件的拉伸、压缩和表面精整等微成形工艺中的应用成为该领域的研究焦点。然而，在与塑变成形直接相关的微型金属件SPD强化领域，尚少有工作探讨超声振动的应用潜力。目前已开发的各类SPD方法的研究对象主要针对于宏观材料，而超声振动技术在其中只能扮演着辅助的角色。这是因为超声振动振幅小，一般只能在十几微米范围内形成梯度微/纳米结构，因此它的SPD影响范围十分有限。

金属线材、箔材作为应用广泛的工程材料，具有某一维度方向上的尺寸远小于其他维度的独特特征，因此其结构介于大块材料和微型材料之间。显然，随着线材、箔材厚度的减小，作用于其厚度方向的超声振动将可望给线材、箔材整体带来高效全面的SPD引入，但是目前还未有针对超细金属线材或超薄带材的高性能线材生产工艺方法及装置。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种高性能线材生产工艺方法及装置，其提供的工艺方法对于厚度在微米级别的线材或带材能实现其厚度方向上晶粒的高效细化，且晶粒尺寸和形态分布均匀，显著提高了线材、带材的综合力学性能；提供的装置能连续高效引入严重塑性变形，实现线材或带材的连续低温超声冲击SPD强化处理，能满足两种冲击处理方式，应用价值较高。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种高性能线材生产工艺方法，包括如下步骤：

S1、选材及清洗：合理选择微尺寸的线材，并进行表面清洗去除脏污；

S2、超声冲击强化处理准备：准备好用于对线材进行超声冲击强化处理的超声滚压处理装置，并合理确定线材的通过速度、超声频率及超声振幅；

S3、超声冲击强化处理：开启超声滚压处理装置，将步骤S1中清洗后的线材匀速通过超声滚压处理装置，超声滚压处理装置对线材进行超声冲击强化处理，得到宽度不变，厚度减薄的处理线材Ⅰ；