[发明专利]一种大尺寸铝合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法

说明书

本发明一种大尺寸铝合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法涉及机械加工技术领域，具体涉及一种大尺寸铝合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法，包括以下步骤：S1：选取直径尺寸D为40‑200mm，长度为300‑5000mm的铝合金坯料；S2：将上述铝合金坯料放置加热炉内加热至410‑440℃；S3：将加热后的铝合金坯料从加热炉转运至斜轧机导料槽内，转运时间为5‑20s；S4：在斜轧机的导料槽内进行送料，将铝合金坯料送入斜轧机入口和出口之间的变形区，铝合金坯料在变形区内螺旋运动直至变形结束；S5：重复上述S2‑S4步骤，对铝合金坯料进行2‑12次螺旋轧制得到铝合金整体超细晶棒材；本发明的有益效果是：变形区穿深大，可往复进行多道次轧制。连续稳定局部变形，压‑扭复合三维剧烈变形，能够获得理想的晶粒细化效果。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种大尺寸铝合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法。

背景技术

超细晶/纳米晶材料是当前材料科学研究的热点课题之一。与传统的粗晶金属材料相比，超细晶/纳米材料在某些方面显示出更加优异或独特的性能，如具有更高的强度和硬度，更优的疲劳性能和超塑性，更好的耐蚀性、耐磨性以及生物特性等。这些优良特性使得超细晶材料在航空、航天、汽车、海洋、生物等工程领域有着广泛的应用前景，也使人们更加关注超细晶/纳米制备技术的发展。从力学性能角度来说，对于纯铝而言，其抗拉强度在60-100MPa之间，显微硬度在50-60HV。对于某些铝合金而言，在晶粒尺寸达到15um左右，其室温拉伸可达到150Mpa以上。超细晶材料在显微硬度的提高上非常显著，其中平均晶粒尺寸为0.25um的超细晶铝合金与20um的粗晶铝相比，抗拉强度从150MPa提高至350MPa，显微硬度从100HV提高至350HV。由上可知，大尺寸铝合金超细晶棒材在工业应用领域有非常大的潜质。

制备纳米级材料时其等效应变通常应大于6，传统塑性加工方法很难做到，应用超大塑性变形（Severe Plastic Deformation，SPD )能够实现。现代SPD始于Bridgemen 提出的大压力与剪切变形组合成形方式，迅猛发展始于20世纪70年代中期前苏联和西方国家，Segal发展了等通道转角挤压技术（Equal-Channel Angular Pressing，ECAP），Valiev通过晶粒结构的改变提高性能的巨大可能性，标志着SPD研究的显微结构时代的到来。近10余年来，成千上万研究成果公开发表。

2006年后普遍认可的关于SPD定义：使块体产生超大应变但不明显改变块体几何尺寸，呈现大角度晶界的晶粒细化效果的金属成型方法，可以获得晶粒尺寸在微米级（100-1000nm)和纳米级(小于100nm），都可称为纳米SPD（简称nanoSPD）。由于nanoSPD材料具有大量含高密度位错和高内应力的大角度非平衡晶界组织，使得材料表现出不同于传统粗晶材料的力学行为及变形机理。

目前现有的加工技术方案：SPD典型成型技术，典型的SPD方法有高压扭转(HighPressure Torsion，HPT)、等径转角挤压变形(equal channel angular press-ing，ECAP)、累积叠轧法(Accumulative Roll Bonding，ARB)、扭转挤压（Twist Extrusion，TE）和多向锻造（Multi-Directional Forging，MDF)。

其中，（1）高压扭转变形：将置于支撑槽中的原始样品(块或粉)施加数个GPa的压力，并相对转动上下两砧，使样品发生强烈剪切变形而细化晶粒，高压扭转的特点在于工件为盘状，尺寸较小，直径一般为10-20 mm，厚度为0.2-0.5 mm。

（2）等径角挤压变形：通过模具中两个相交一定角度的等截面通道，将材料由一端向另一端挤出，通过弯曲角对材料运动方向的改变使之产生纯剪切变形，可重复进行该成型过程，剪切应变量随变形道次增加。