[发明专利]一种制备超细晶金属带材的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制装置与方法

说明书

一种制备超细晶金属带材的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制装置，包括左侧深冷箱和右侧深冷箱，左侧深冷箱中有左侧金属卷曲装置，右侧深冷箱中有右侧金属卷曲装置，待轧制的金属带材两端分别设置在左侧金属卷曲装置和右侧金属卷曲装置上，在金属带材的中间位置的上下方分别设置用于对其进行轧制的上工作辊和下工作辊，在上工作辊和下工作辊的两侧分别设置有连接强脉冲电流电源的左侧导电辊和右侧导电辊，左侧导电辊和右侧导电辊作用于金属带材，向其施加强脉冲电流，上工作辊和下工作辊的辊径不同。本发明还提供了相应的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制方法，适合制备大尺寸的超细晶高性能带材，可避免轧件边部出现裂纹，具有重要的引用前景。

技术领域

本发明属于超细晶金属材料技术领域，特别涉及一种制备超细晶金属带材的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制装置与方法。

背景技术

超细晶金属材料由于力学性能优异，并且具有良好的抗腐蚀性和抗疲劳性能，得到工程人员和科研人员的广泛关注。人们开发了大量的大塑性变形方法去制备超细晶金属材料。比如等通道挤压方法、高压扭转、累积叠轧等方法。等通道挤压方法适合制备棒材，高压扭转方法适合制备小的试样。上述两种方法均不能够用来制备板带产品。累积叠轧方法适合制备板带产品，但是主要缺点为轧件边部容易出现裂纹，并且，其需要对轧件进行表面处理。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备超细晶金属带材的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制装置与方法，适合制备大尺寸的超细晶高性能铝合金带材、铜合金带材、钛合金带材等，由于塑性变形时施加电脉冲，提升材料低温变形塑性，减小变形抗力，使材料的加工次数增加，强度与塑性得到提高和改善，可避免轧件边部出现裂纹，采用该技术制备的高性能的金属带材在结构材料、航空航天材料、防弹保护、汽车轻量化等领域具有重要的引用前景。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制备超细晶金属带材的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制装置，包括左侧深冷箱1和右侧深冷箱16，左侧深冷箱1中有左侧金属卷曲装置2，右侧深冷箱15中有右侧金属卷曲装置15，待轧制的金属带材3两端分别设置在左侧金属卷曲装置2和右侧金属卷曲装置15上，在金属带材3的中间位置的上下方分别设置用于对其进行轧制的上工作辊9和下工作辊10，在上工作辊9和下工作辊10的两侧分别设置有连接强脉冲电流电源6的左侧导电辊5和右侧导电辊13，左侧导电辊5和右侧导电辊13作用于金属带材3，向其施加强脉冲电流，其特征在于，所述上工作辊9和下工作辊10的辊径不同。

所述上工作辊9和下工作辊10的两侧分别设置有用于带动金属带材3左右运动的左侧导辊4和右侧导辊14。

所述上工作辊9和下工作辊10的左侧分别设置有位于金属带材3上方的左上侧氮气喷嘴7和位于金属带材3下方的左下侧氮气喷嘴8，上工作辊9和下工作辊10的右侧分别设置有位于金属带材3上方的右上侧氮气喷嘴11和位于金属带材3下方的右下侧氮气喷嘴12，所述左上侧氮气喷嘴7、左下侧氮气喷嘴8、右上侧氮气喷嘴11和右下侧氮气喷嘴12作用于金属带材3，实现轧制过程中的深冷温控。

所述下工作辊10和上工作辊9的辊径之比为1.1-1.4。

所述左侧金属卷曲装置2和右侧金属卷曲装置15由伺服电机控制，卷筒直径为Φ100mm～Φ500mm，加套筒内径与卷筒直径相同，壁厚为80-150mm，卷筒长度为600～800mm。

本发明还提供了一种制备超细晶金属带材的强脉冲电流辅助深冷异径异步轧制方法，包括如下步骤：

第一步：将金属带材3一端设置于左侧金属卷曲装置2，打开上工作辊9和下工作辊10辊缝，金属带材3穿过辊缝后，另一端设置在右侧金属卷曲装置15；

第二步：开启左侧深冷箱1和右侧深冷箱16，采用氮气进行冷却，根据带材量控制冷却时间，使金属带材3被均匀冷却到-190℃～-150℃；