一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法技术

本发明专利技术为一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法，具体是指通过局部剧烈塑性变形，将均匀的金属板材制备成软硬异质层状金属薄板的方法，主要涉及金属强化领域。该方法首先将硬度较低的金属板通过间隔局部滚压的形式，通过剧烈塑性变形细化部分晶粒，得到细晶和粗晶的梯度过渡，从而形成可控的硬度梯度过渡，获得具有良好强度‑塑性匹配的金属板材坯料；再通过铣削将金属板材表面凹凸不平处多余的金属去除，得到平整的软硬异质层状金属薄板。通过调整滚压区域的形状和分布，使金属的综合性能变得更加优秀，提高金属的实际工业适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法
本专利技术涉及金属强化领域，具体为一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法。
技术介绍
通过剧烈塑性变形方式来细化晶粒提高金属材料的强度，如表面机械研磨、等通道转角滚压、高压扭转、动态塑性变形等。但是剧烈塑性变形会使得晶粒内部位错发生滑移，产生位错缠结阻碍晶格滑移，使得金属材料的强度、硬度提高，但位错缠结也会阻碍晶粒内部位错的滑移使得材料的塑性、韧性下降。金属材料强度的提升往往伴随着塑性的大幅降低。如何同时提高金属材料的强塑性一直是广大学者研究的热点。Wu等人在《ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica》(PNAS，2015，112(47)：14501–14505)上发表了名为“Heterogeneouslamellastructureunitesultrafine-grainstrengthwithcoarse-grainductility”的文章，介绍了一种具有高强度高塑性的异质层状结构的纯钛，这种异质层状结构的纯钛由高硬度的超细晶和高塑性的再结晶组成。该方法制得的新型金属纯钛棒材通过异质结构的变形协调作用，能够在一定程度上兼得超细晶的高强度和粗晶的高塑性，形成良好的强度-塑性匹配，提升金属钛的综合性能。中国专利技术专利CN104438322A介绍了一种金属层状微梯度复合材料的制备方法，该方法利用同系列异质多层合金轧制复合与热处理工艺，通过合金元素的界面扩散来获得微梯度复合材料。这种方法的特点是(1)、界面附近化学成分和性能存在明显微梯度，利用合金元素的扩散，可以实现较好的界面结合强度。(2)、可以通过改变轧制复合工艺，叠层顺序和热处理工序调控微梯度界面的数量和微梯度层的厚度。上述技术局限性在于，(1)、适用的金属有限，例如在纯金属中合金元素含量近乎为零，就合金元素的扩散近乎为零，这种方法就无能为力了。(2)、对板材的表面清洁度要求过高。为了保证元素能够顺利的扩散，需要板材之间充分接触。(3)、生产效率低下，需要多次的裁剪、铆接，极大地浪费了生产时间。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法，该方法为首先将金属薄板利用间隔局部滚压的形式，其中经过滚压的部分进行塑性变形细化晶粒，提高强度、硬度；而未经过滚压的部分为粗晶粒保持的塑性、韧性，其中滚压过程中，通过调整滚压程度、滚压区间的大小和分布来调控金属薄板软硬梯度，获得具有兼具强度-塑性的金属薄板坯料；再通过铣削将金属薄板表面凹凸不平处多余的金属去除，最终得到软硬异质层状金属薄板。进一步的，该方法具体步骤如下：第一步，表面预处理，对金属薄板表面进行处理，去除油污和氧化膜，打磨到板材表面出现金属光泽；第二步，滚压处理，将打磨后的金属板固定好，使用液压机对金属板进行间隔滚压，当液压机完成第一道滚压后，间隔一段距离后，在进行第二道滚压，多次进行直至板材尾端；第三步，当上表面完成滚压后，将板材翻转至背面，再次对下表面进行滚压操作，操作步骤与上表面一致，滚压参数与上表面一致，滚压区域为上表面滚压的背面；第四步，铣切处理，使用铣刀将滚压后金属板切削平整，并使用清水冲洗干净。进一步的，金属薄板为3A21铝合金金属板材、H70铜合金板材、304不锈钢板材或316不锈钢。进一步的，3A21铝合金金属板材，其成分wt.％如下Si为0.60，Fe为0.70，Cu为0.20，Mn为1.0～1.6，Mg为0.05，Zn为0.15，Ti为0.10～0.20，余量为Al及不可避免的杂质。进一步的，铜合金板材，其成分wt.％如下：Cu为68.5～71.5，Pb≤0.03，P为0.01，Ni≤0.5，Fe≤0.1，Sb≤0.002，Bi≤0.002，剩下的为Zn和不可避免的杂质。进一步的，304不锈钢板材，其成分wt.％如下：C占0.07，Mn占2.00，P占0.045，S占0.030，Si占1.00，Cr占18.6，Ni占9.4，余下为Fe以及一些不可避免的杂质。进一步的，316不锈钢，其成分(wt.％)如下：C≤0.08，Si≤1，Mn≤2，P≤0.045，S≤0.03，Ni占10.0～14.0，Cr占16.5～18.5，Mo占2.0～3.0，余下为Fe和杂质。本专利技术与现有技术相比具有显著优点如下：(1)本专利技术通过调整滚压区间的大小和分布可以调控金属薄板的软硬程度，从而形成优秀的强度-塑性配合。(2)本专利技术自动化程度高，减少了人工成本，可以大规模制备。(3)本专利技术操作流程简单，生产效率高。附图说明图1为本专利技术的加工流程示意图。其中，1是事先准备的软金属板；2是金属板滚压后的未变形区(粗晶区)，3是金属板滚压后的变形区(细晶区)，4是可旋转式球形硬质合金滚压头(压头的直径为1cm，变形区的线宽约为0.6cm)，5是滚压头的行进路线；6是铣刀；7是最终成型的软硬异质层状金属。图2为3A21铝合金处理后的硬度梯度分布图。其中，(a)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm的区域，总压下量为30％的金属板的硬度梯度分布图，(b)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm区域，总压下量为40％的金属板的硬度梯度分布图，(c)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端7cm，17cm处的两块3cm*10cm区域，总压下量为40％的金属板的硬度梯度分布图。图3为H70铜合金处理后的硬度梯度分布图。其中，(a)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm的区域，总压下量为30％的金属板的硬度梯度分布图，(b)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm区域，总压下量为40％的金属板的硬度梯度分布图，(c)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端7cm，17cm处的两块3cm*10cm区域，总压下量为40％的金属板的硬度梯度分布图。图4为304不锈钢处理后的硬度梯度分布图。其中，(a)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm的区域，总压下量为40％的金属板的硬度梯度分布图，(b)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm区域，总压下量为60％的金属板的硬度梯度分布图，(c)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端7cm，17cm处的两块3cm*10cm区域，总压下量为60％的金属板的硬度梯度分布图。图5为316不锈钢处理后的硬度梯度分布图。其中(a)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10cm的区域，总压下量为30％的金属板的硬度梯度分布图，(b)是滚压区域为从长度方向分别距离金属板左端3cm，9cm，15cm，21cm处的四块3cm*10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法，其特征在于，首先将金属薄板利用间隔局部滚压的形式，其中经过滚压的部分进行塑性变形细化晶粒，提高强度、硬度；而未经过滚压的部分为粗晶粒保持的塑性、韧性，其中滚压过程中，通过调整滚压程度、滚压区间的大小和分布来调控金属薄板软硬梯度，获得具有兼具强度‑塑性的金属薄板坯料；再通过铣削将金属薄板表面凹凸不平处多余的金属去除，最终得到软硬异质层状金属薄板。

【技术特征摘要】
1.一种利用局部滚压获得软硬异质层状金属薄板的制备方法，其特征在于，首先将金属薄板利用间隔局部滚压的形式，其中经过滚压的部分进行塑性变形细化晶粒，提高强度、硬度；而未经过滚压的部分为粗晶粒保持的塑性、韧性，其中滚压过程中，通过调整滚压程度、滚压区间的大小和分布来调控金属薄板软硬梯度，获得具有兼具强度-塑性的金属薄板坯料；再通过铣削将金属薄板表面凹凸不平处多余的金属去除，最终得到软硬异质层状金属薄板。2.根据权利要求1所述的软硬异质层状金属薄板的制备方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：第一步，表面预处理，对金属薄板表面进行处理，去除油污和氧化膜，打磨到板材表面出现金属光泽；第二步，滚压处理，将打磨后的金属板固定好，使用液压机对金属板进行间隔滚压，当液压机完成第一道滚压后，间隔一段距离后，在进行第二道滚压，多次进行直至板材尾端；第三步，当上表面完成滚压后，将板材翻转至背面，再次对下表面进行滚压操作，操作步骤与上表面一致，滚压参数与上表面一致，滚压区域为上表面滚压的背面；第四步，铣切处理，使用铣刀将滚压后金属板切削平整，并使用清水冲洗干净。3.根据权利要求1或2所述的软硬异质层状金属薄板的制备方法，其特征在于，所述的金属薄板为3A21铝合金金属板材、H70铜合金板材、304不锈钢板材或316不锈钢。4.根据权利要求3所述的软硬异质层状金属薄板的制备方法，其特征在于，所述的3A21铝合金金属板材，其成分wt.％如下Si为0.60，Fe为0.70，Cu为0.20，Mn为1.0～1.6，Mg为0.05，Zn为0.15，Ti为0.10～0.20，余量为Al及不可避免的杂质。5.根据权利要求3所述的软硬异质层状金属薄板的制备方法，其特征在于，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉胜，邹杨，王帅卓，李建生，毛庆忠，周浩，聂金凤，曹阳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32