[发明专利]梯度纳米结构金属材料及其制备方法

说明书

本申请涉及精密加工技术领域，提供了一种梯度纳米结构金属材料的制备方法，包括如下步骤：提供n块原始金属材料，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料；将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理，并进行除杂处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料薄板；提供原始金属材料薄板、粗晶金属材料薄板，与n块所述金属材料薄板按照晶粒尺寸的大小依次层叠设置，采用累积叠轧焊工艺依次进行叠轧处理，制备得到梯度纳米结构金属材料。该制备方法简单方便，灵活性大，使得到的梯度纳米结构金属材料能够同时保证具有较高的材料强度以及材料韧性。

技术领域

本申请属于精密加工技术领域，尤其涉及一种梯度纳米结构金属材料及其制备方法。

背景技术

金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。基于金属材料具有较优异的四个方面的性能，其应用领域越来越广泛。然而，大量研究表明，当金属材料内部晶粒尺寸减小、材料强度得到增强时，材料韧性将大大降低，这是金属材料研究领域长期存在的难题，而这一问题的存在，也限制了金属材料的应用广泛性。

通常提高材料韧性的策略之一是改变内部组织微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征尺寸如晶粒尺寸变异导致的性能突变，有效解决强度和韧性的“倒置关系”难题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。人工制备的梯度纳米结构金属主要在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，从而提高其强韧性能力。

现有技术中，一般都是通过表面研磨处理(SMAT)在孪晶诱发塑性(TWIP)钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生。由于这类工艺是通过对金属材料的表面进行大量的塑性变形，制备的梯度纳米结构材料只局限在距离钢表面约0.1mm的厚度，得到的金属材料为形成部分梯度纳米结构的材料，无法获得具有块状梯度纳米结构金属材料，因此也限制了金属材料的广泛应用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种梯度纳米结构材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的加工方法仅能使金属材料的表面形成部分梯度纳米结构，导致无法同时提高金属材料的韧性和强度的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种梯度纳米结构金属材料的制备方法，包括如下步骤：

提供n块原始金属材料，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料，其中，n不少于3；

将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理，并进行除杂处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料薄板；

提供原始金属材料薄板、粗晶金属材料薄板，与n块所述金属材料薄板按照晶粒尺寸的大小依次层叠设置，采用累积叠轧焊工艺依次进行叠轧处理，制备得到梯度纳米结构金属材料。

第二方面，本申请提供一种梯度纳米结构金属材料，所述梯度纳米结构金属材料为块状梯度纳米结构金属材料，所述梯度纳米结构金属材料从表面至芯部为依次层叠设置的不同晶粒尺寸的金属材料薄板，所述晶粒尺寸从表面至芯部依次为从小到大的不同晶粒尺寸。