[发明专利]一种异质衬板调控板材厚向组织梯度的轧制方法

说明书

本发明涉及一种异质衬板调控板材厚向组织梯度的轧制方法。该方法包括：板坯清洗、板坯与两侧异质衬板的组合匹配放置及固定，炉中加热保温，预热后板材进行控轧等工序。因不同衬板与所轧金属板坯界面接触条件差异，引起两侧受力和板材形变的异同，为此本发明提出了利用软、硬衬板非对称轧制使沿板厚方向受力状态及变形呈规律的变化，促使板材沿厚向微观组织呈连续梯度变化。此方法制备的梯度组织板材不仅改善了成形性能，且显著提高了板材制品表面的耐磨性与耐腐蚀性。该发明操作简单、生产效率高、易于实现轧制自动化。

技术领域

本发明涉及一种厚向梯度材料的方法，具体涉及一种通过异质衬板制备微观组织在厚向呈梯度分布的金属材料。

背景技术

传统匀质金属材料由于其机械性能单一，难以满足产品使用性能多样性的要求。自然界中经过亿万年演变而成的生物材料如贝壳、甲壳等，具有强韧性、高硬度和高耐磨性等各种性能融合于一体的优越特点，这是传统金属材料所无法比拟的。

如今，随着航空航天事业的蓬勃发展，在追求轻量化的同时，材料的结构效率和服役性能也备受关注。先进飞行器发动机的叶盘就是典型代表，因不同部位的服役环境存在差异，则要求部件能够承受较大的温度梯度、应力梯度，已满足不同部位对所处工况及使役环境的要求。

功能梯度材料的制备方法主要有：粉末冶金、挤压工艺、热处理、表面机械加工等。粉末冶金法需严格控制粉末颗粒的尺寸大小及分布状态；挤压法需设计专用模具以满足不同梯度材料的制备要求且有余料产生；热处理法制备功能梯度材料时需要严格制定工艺制度及规范，工艺难度较大；表面机械加工法也是制备梯度功能材料的一种途径，但组织梯度只在材料工件表面层存在，而无法深入到材料基体，即仅能实现表面功能梯度。

轧制是一种先进的塑性加工工艺，具有生产效率高、能耗少、成本低、易于实现自动化等特点，广泛用于生产高性能优品质板材。如改变板材上下表面的加载条件，板材轧制过程的受力状态及变形行为也随之改变，进而可调控组织大小及形貌分布。鉴于此，本发明提出了一种通过施加异质衬板控轧制备厚向组织呈梯度板材成形方法。

发明内容

功能梯度材料可以实现零件不同区域或部位特性的按需定制，如耐磨性、耐腐蚀性和环境适应性等，因此，极大丰富了成形制品的功能特性，增性延寿效果明显且应用范围也随之拓宽。为此本发明提供了一种通过施加异质衬板对金属板材进行控轧从而获得微观组织呈梯度分布的成形方法。即在目标板材两侧施加异质衬板，因不同衬板与所轧目标板材界面接触条件不同，引起两侧受力和板材形变的差异，从而实现目标板材沿厚向组织呈梯度分布，大大增强了板材使用性能。显著提高了生产效率，为组织梯度板材成形制造提供了一种新思路。

本发明是通过以下技术方案实现的：

步骤一：准备硬质、软质衬板各一块。硬质衬板的长度尺寸大于软质衬板20%，宽度方向尺寸大于5%~10%；

步骤二：准备金属板坯一块，其长和宽方向尺寸均小于软质衬板；

步骤三：用丙酮清洗金属板坯表面，去除油污，再将金属板坯置于酒精中清洗并吹干；

步骤四：分别在硬质、软质衬板与金属板坯接触面之间，均匀喷涂一薄层高温隔离剂后自然晾干；

步骤五：按照硬质衬板、金属板坯、软质衬板的顺序，由上到下依次叠放形成三明治结构并使得金属板坯位于上下覆板中间位置。再调整金属板坯与衬板一端对其，用铆钉固定三层板；

步骤六：将层叠板坯放在热处理炉中进行预热，保温一段时间；

步骤七：调整轧辊间距至一定压下量，夹持装置夹紧叠层板，在自动轧制装置的带动下，将轧板送入轧机；

步骤八：将轧制后金属坯料在剪片机上进行矫正，去除多余位置。

本发明方法与现有技术相比具体以下有益效果：