[发明专利]剧烈塑性变形处理方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及SPD（Severe Plastic Deformation，剧烈塑性变形）处理方法及设备。特别地但不排他地，本发明涉及通过减小材料的晶粒尺寸利用SPD方法来制造纳米和UFG（Ultra Fine Grained，超细晶粒）金属。

背景技术

产品的耐久性和承载能力基于产品的材料性能和形式。一种提高技术工业制造竞争力的有效方式是开发出能够提高产品质量和可用性的可靠、便宜并且灵活的生产技术。SPD方法（剧烈塑性变形）是一种用于在生产阶段提高产品性能的新式且有效的方法。

在SPD方法中，在对产品进行成形并且将材料的晶粒尺寸减小到微米级的同时，在生产过程中发生严重变形。已经尝试在测试条件下利用SPD方法生产UFG材料，即细晶粒材料。在此情况下UFG材料也称为微结构材料。在微结构材料中的晶粒尺寸通常小于1μm（常规合金的晶粒尺寸可以为20到100μm）。

减小晶粒尺寸尤其显著提高了机械特性。微结构产品具有分化的特性和特性组合：例如，高强度、良好的抗疲劳性、持久性和抗腐蚀性以及良好的进一步可制造性（可加工性、超塑性特性）。可通过热加工来改变微结构产品的特性：可以在主体的特定位置改变晶粒尺寸和特性。

微结构产品的使用范围广泛，诸如空间技术、运输技术、与保健相关的装置和部件、运动设备、食品和化学工业、电子和国防部门。微结构螺栓常用于机动车和飞行器工业。微结构材料也例如良好适用于微螺栓。小晶粒尺寸的优势还可应用于燃烧发动机的活塞以及在生产薄膜中使用的溅射物。微结构材料由于其清洁和强力特性还可用于植入。

SPD方法的已知应用为ECAP（Equal Channel Angular Pressing，等通道转角挤压），根据该应用，将棒状或杆状工件压制为具有一个或多个拐角的通道。在材料结构发生变形的通道转角处，轴向压缩和剪切被施加在材料上。

WO 2006/100448中已知一种SPD方法，其中对金属进行处理以改变金属的机械和/或物理特性。在该方法中，通过将金属工件经由第一通道供给至相对于第一通道倾斜的第二通道来减小金属的晶粒尺寸。通过在第一通道和第二通道的相交处使用至少一个往复运动而重复在金属工件上施加载荷，使得金属工件发生变形。

从专利公开文献RO123274B1中已知ECAP方法的另一应用。在该方法中通过对杆件轴向压缩而使小直径金属杆件处于极大轴向应力状态，随后通过在一个或多个截面上进行塑性剪切以使杆件变形。使得塑性变形正交于轴向方向。将两个液压缸固定在待轴向压缩的工件上以提供轴向应力状态。

以下示出的公开文献与金属材料的微结构变形相关。

A.Azushima,R.Kopp,A.Korhonen,D.Y.Yang,F.Micari,G.D.Lahoti,P.Groche,J.Yanagimoto,N.Tsuji,A.Rosochowski,A.Yanagida,用于金属的剧烈塑性变形（SPD），Keynote Lecture,第58届CIRP（国际生产工程科学院）全体代表会议，2008年8月24-30日，曼彻斯特，U.K.,22p。

T.Mannien,K.Kanervo,A.Revuelta,J.Larkiola和A.S.Korhonen,无焊压配合连接件的塑性变形，第九届塑性技术国际会议，ICTP（理论物理国际中心）2005，维罗纳，2005年10月9-13日，9p.,材料科学和工程A460-461（2007）633-637。

Jari Kokkonen,Veli-Tapani Kuokkala,Lech Olejnik,Andrzej Rosochowski,经ECAP处理的铝在室温和零下温度中的动态特性，SEM XI实验和应用力学国际大会&博览会，奥兰多，弗罗里达USA,2008年6月2-5日。

V-T,Kuokkala,J.Kokkonen,B.Song,W.Chen,L.Olejnik和A.Rosochowsk,经SPD处理的1070铝在各种温度下的动态反应，第18届Dymat技术会议，2008年9月10-12日，布尔日，法国。

如今在实验室条件下或小规模生产中制造由SPD金属制成的微结构产品。现在无法通过工业大规模生产来制造由SPD金属制成的原料和坯件。这主要是由于尚未已知可适用于连续处理的良好工作的SPD处理方法。

发明内容