[发明专利]一种超声辅助等通道角拉伸处理方法

说明书

本发明公开了一种超声辅助等通道角拉伸处理方法，针对常规等通道角拉伸工艺存在角拉伸过程中弯曲以及拉伸变形所固有的截面减薄‑变形不稳定等缺陷，本发明通过方向垂直于连续剪切面的超声冲击锻打来取代常规等通道角拉伸工艺中的弯曲机制；最终实现了箔材或线材在不出现明显截面减薄的前提下，可反复多道次通过等截面通道角区域获得大的有效塑变，获得超细晶及改善原有织构组织的效果，且所需拉力的降低便于连续处理，具有实际工程应用价值。

技术领域

本发明涉及严重塑性形变细晶技术领域，具体为一种超声辅助等通道角拉伸处理方法。

背景技术

细化晶粒不仅可以提高材料的强度，而且还可以改善塑性，一直是金属结构材料的研究热点。细化晶粒是改善材料性能的有效手段，传统的压力加工技术(如轧制、挤压、拉拔和锻造等)可以细化晶粒(微米量级)。纳米结构金属由于具有很小的晶粒尺寸(20---500nm)和独特的缺陷结构，从而表现出优异的物理、力学性能。

严重塑性变形法((Sever Plastic Deformation——SPD)具有将粗晶材料的晶粒细化到纳米量级的巨大潜力，是近年来逐步发展起来的一种独特的超微粒子(纳米晶和亚微晶)金属及其合金材料制备工艺。它是指材料处于较低的温度(通常低于0.4T_m)环境中，在大的外部压力作用下发生剧烈塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米或纳米量级的一种工艺。强应变大塑性变形可以在低温条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。

SPD技术能将粗晶材料有效地细化到亚微米甚至纳米尺度范围，而且获得的SPD纳米结构材料具有结构致密、组织均匀、颗粒细小、界面清洁等诸多优点，因而在基础研究和应用领域受到越来越多的关注。大塑性变形被认为是块体金属实现纳米化最为有效的途径之一。

迄今为止，人们在大块材料领域开发了大量的spd方法，代表性的有HPT、PRB、ECAP等，以及基于此的大量衍生工艺。它们的适用对象多为毫米级、亚毫米级以上的大块材料，且大多存在各类缺陷难以应用于连续spd生产过程，停留于实验室阶段。其中等通道角挤压(ECAP)作为被认为是最具前途的spd方法，具有能在材料内引起大的塑性变形而不会改变其外部横截面，可重复通过相同模具获得不断增大的等效塑变的优点。但ECAP及其各类衍生方法在加工中需要极高压力载荷，不适合连续加工长坯料的规模生产过程。如图1所示。详见Jon Alkorta等人“On the impossibility of multi-pass equal-channel angulardrawing”，Scripta Materialia 47(2002)13–18。等通道角拉伸(ECAD)方法将ECAP中的挤压过程改成拉伸，简单易行，在连续处理方面显然有很大的潜力，但角拉伸过程中弯曲以及拉伸变形固有截面减薄-变形不稳定等缺陷，使之失去了工程应用意义。

本发明的目的在于提供一种针对金属或金属基箔材、细线材的，高效连续、无尺寸明显减小的严重塑性变形细晶工艺方法，通过晶粒细化及组织织构改善，进而强化提高材料性能。针对常规等通道角拉伸工艺存在角拉伸过程中弯曲以及拉伸变形所固有的截面减薄-变形不稳定等缺陷，本发明通过方向垂直于连续剪切面的超声冲击锻打来取代常规等通道角拉伸工艺中的弯曲机制；最终实现了箔材或线材在不出现明显截面减薄的前提下，可反复多道次通过等截面通道角区域获得大的有效塑变，获得超细晶及改善原有织构组织的效果，且所需拉力的降低便于连续处理，具有实际工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声辅助等通道角拉伸处理方法，其以金属或金属基箔材、细线材为对象，在ECAD方法的基础上，结合超声振动开发出一种新的连续等通道角拉伸装置和技术，通过超声振动带来的各特性来改进目前通道角拉伸技术的上述缺点：利用超声垂直方向上的往复锻打来破坏角拉伸变形过程中的弯曲机制，消除角拉伸过程减薄行为；利用构成通道上表面的振动过程与箔材表面的不连续接触来减小拉拔过程所需克服的摩擦阻力，实现了所需拉拔力大幅降低等，最终在薄层金属上实现无减薄的连续规模化SPD处理。以解决上述背景技术中提出的问题。