[发明专利]一种增量-累积叠轧制备梯度结构金属材料的方法

说明书

本发明提供的是一种增量‑累积叠轧制备梯度结构金属材料的方法。a)选取5块以上相同规格的金属板材，对各块板材进行热处理；b)对热处理后各板材的待结合面进行处理；c)将3块处理后的板材进行叠轧，作为芯部层；d)另以2块处理后的板材分别置于叠轧所得材料的上下表面，将其加工至相同尺寸；e)将叠放在一起的三层板进行轧制，即完成一次增量‑累积叠轧；f)重复步骤d～e，增量‑累积叠轧道次为3～5次，即可得到所需的梯度结构板材。本发明通过增量‑累积叠轧法，调控材料微观组织由表层至芯部细化程度梯度提高，使得材料兼具高强度和较好的韧性。

技术领域

本发明属于金属材料轧制技术领域，涉及金属梯度结构材料的轧制，特别涉及一种增量-累积叠轧制备梯度结构金属材料的方法。

背景技术

超细晶金属材料在过去几十年间得到了学术界的广泛关注，人们发明了大量的方法去制备和研究这些材料。然而，对于超细晶金属材料，其限制在于材料的强度很高，而塑性非常低。在这种背景下，提高超细晶金属材料的韧性成为科研人员关注的热点问题。

梯度结构材料是超细晶金属材料开发的一个重要分支，已经证实具有梯度结构的金属材料具有优异的强度和良好的韧性。目前制备梯度结构金属材料方法主要有表面机械研磨(SMAT)和表面机械碾磨(SMGT)等，受限于其施加载荷的方式，梯度结构的制备效率较低，加工试样的尺寸限制较大，难以实现工业化生产。轧制作为一种高效的连续加工工艺，在梯度结构材料的制备中有较大的应用潜力。目前以轧制制备梯度结构材料的方式主要是先制备出不同微观组织的板材，以叠轧的方式进行焊合。其在发挥轧制工艺优点的同时，也存在制备工艺繁琐，微观组织的梯度分布不明显等不足。

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增量-累积叠轧制备梯度结构金属材料的方法，可高速率大批量制备梯度结构板材，提高梯度结构材料的生产效率，所得梯度结构板材由表层至芯部，微观组织细化程度逐渐提高，相对于传统冷轧材料，同时具有好的强度以及更优异的塑性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种增量-累积叠轧制备梯度结构金属材料的方法，包括：

a)选5块以上相同规格的金属板材，对各块板材进行热处理；

b)对热处理后各板材的待结合面进行清理；

c)将3块处理后的板材进行叠轧，作为芯部层；

d)另以2块处理后的板材分别置于叠轧所得材料的上下表面，将其加工至相同尺寸；

e)将叠放在一起的三层板进行轧制，即完成一次增量-累积叠轧；

f)重复步骤d～e，得到所需的梯度结构板材。

优选地，所述步骤(a)热处理温度为0.3～0.4Tm，时间为30min～24h。

优选地，所述步骤(c)和步骤(d)叠放的板材四角以铆钉固定，保证其相互紧密接触且无相对移动。

优选地，所述步骤(c)和步骤(e)轧制前将叠放的板材置于保温箱中，设定温度为室温～0.2Tm，保温5～15min。

优选地，所述步骤(c)和步骤(e)轧制压下量为50％～80％。当预设增量-累积叠轧道次较少时，压下量在设定范围内宜选用较大，以获取更好的结合效果；当预设增量-累积叠轧道次较多时，压下量在设定范围内宜选用较小，以使在其保证结合效果的前提下更容易实现多道次轧制。

优选地，所述步骤(f)增量-累积叠轧道次为3～5次。

优选地，所述步骤(f)依所需材料性能，确定增量-累积叠轧道次。所需材料的强度越高，可以通过增加增量-累积叠轧道次来获得，根据增量-累积叠轧的特性，此时材料的韧性基本保持不变。