大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法技术

本发明专利技术大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法涉及机械加工技术领域，具体涉及大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法，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380‑450℃；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；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2‑14次螺旋轧制得到铝合金整体超细晶棒材；本发明专利技术的有益效果是：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。

【技术实现步骤摘要】
大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法
本专利技术涉及机械加工
，具体涉及大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法。
技术介绍
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（SeverePlasticDeformation，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-ChannelAngularPressing，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(HighPressureTorsion，HPT)、等径转角挤压变形(equalchannelangularpress-ing，ECAP)、累积叠轧法(AccumulativeRollBonding，ARB)、扭转挤压（TwistExtrusion，TE）和多向锻造（Multi-DirectionalForging，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10-20mm，厚度为0.2-0.5mm。（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。（3）累积叠轧法：将原始板材经表面处理后双层堆垛，加热后轧焊在一起，然后从中间剪开送回表面处理后再进行下次轧焊循环，为保证轧制后板材能够焊在一起，每道次的压下量不得低于50%，但ARB加工过程中需要强烈的剪应力条件，不能使用润滑剂，这对轧辊的服役寿命是不利的。（4）扭转挤压：Beygelzime等提出该工艺。此方法也是通过剪切变形细化晶粒的成型技术，将柱状坯料挤压通过扭转模，与HPT类似，存在变形不均匀问题，细化晶粒效果低于ECAP和HPT。（5）多向锻造：该工艺通过多次正交改变自由锻方向，获得大变形。此类变形的晶粒细化效果要明显低于ECAP和HPT。另一种现有的加工技术方案：衍生方法，近年来SPD新工艺层出不穷，基本成型原理同以上方法，衍生了很多ECAP成型新技术，这些方法力图简化工具设计，降低能耗，提高成材率，提升工件尺寸，升级自动化程度等，其中，包括：（1）ECAP衍生方法：反复折弯校直（RCS)，坯料被放置在折弯模具之间，随上模下移，坯料被折弯，变为波浪状；随后用2块平板进行校直，再进行折弯，通过不断重复，在不明显改变坯料尺寸的情况下累积足够的变形，细化材料组织。（2）循环闭式模锻(CCDF)，模具由某个截面腔体的下模和一个在腔体内垂直移动的相同截面的冲头组成。将带有石墨润滑剂的充分润滑的样品放入下模中，加热至一定温度。通过冲头将工件压入下模，取出后，沿同一方向围绕Z轴旋转90°，重新插入下模变形。这样，工件在连续的通道之间围绕Z轴旋转90°。以这种方式，分别经受1,3和5次压缩。（3）往复挤压（CEC），模具由两个模腔、一个压缩带和放置于两模腔内的冲头构成。两模腔截面积相等，在同一条轴线上，通过中间的压缩带连接。在挤压过程中，试样在冲头的作用下，到达压缩带，此时，试样将受到正挤压变形，挤压后的工件在另一个模腔的冲头作用下，发生镦粗变形。然后，另一边冲头将工件按上述过程反向压回，完成一个挤压循环。重复以上过程，直至获得所要的应变为止。（4）板材连续剪切变形，装置利用上模、下模和下辊构成了两个横截面积有少量差异的相互交叉的通道。将板材送入到模腔内，板材在模腔转角处发生强烈的塑形变形，再从模腔另一侧挤出。在送料辊表面加工出凹槽以用于增加摩擦力，由于变形前后材料的横截面积保持不变的特点，可以在同一模具内反复对板材进行多道次的塑形变形。（5）椭圆螺旋等通道挤压法(ECEA），坯料在挤压力的作用下，由圆棒料历经镦拔（圆—椭圆变换）、扭转（椭圆截面扭转）和反向镦拔（椭圆—圆变换）过程变回圆棒料。金属主要在横截面上产生塑性流动，并累积应变。模具形状利用了圆和椭圆形状的特殊性，其型腔不存在尖角区，使金属易于流动。实现了一次工艺过程多种变形模式的组合。（6）连续摩擦角挤压（CFAE），驱动辊旋转并向工件施加压力P抵靠其支撑件。在驱动辊和工件支撑件之间形成第一个挤压通道，第二个通道是固定模具组件中的短槽。片状工件经过一至八次加工，最大等效真实应变可达5.3，片材取向始终保持恒定。（7）一种HPT衍生方法，适用于管的高压扭转（HPTT），管位于刚性盘内，心轴放入管中，用压缩机在其弹性状态下压缩。由于心轴的轴向压缩，其沿径向膨胀，扩张受到管和圆盘的限制，在管中形成很大的静水应力，在管的两侧产生较大的摩擦力。在保持心轴固定的情况下，通过外部扭矩旋转盘实现管的变形。在扭转过程中，变形模式为局部剪切，剪切面法向为管的径向，剪切方向平行于圆周方向。（8）一种TE衍生方法，超高扭转（STS），通过局部加热和冷却使该区域比另外两个部分变形抗力低，使扭转应变（TS）区域局部化。在产生TS区的同时，杆沿着纵向轴线移动，因此在整个杆上连续产生超大塑性应变。这种新工艺STS包括相对于杆的其他部分产生局部软区以及区域沿纵向的运动的杆。STS的一个重要特征是杆的横截面尺寸在应变时保持不变。铝合金材料比其它有色金属、钢铁、塑料和木材等具有更优良的特性，如密度小，约2.7g/cm3，差不多为铜或钢的1/3；较好的耐蚀性；良好的导电导热性能；易于加工成形（塑性韧性好）；良好的力学性能等。国内外对于铝合金超细晶工艺的专利报道相对较少。哈尔滨工业大学张凯锋等人在专利【CN101857925A】提及了一种超细晶镍铝合金的制备方法，其中提及镍铝合金粉末的制备和加热温度、升温速率、施加载荷等工艺参数。虽然通过该工艺得到的平均晶粒尺寸为400nm，但工艺方案中球磨机的使用频率过多和使用时间过长，以及采用1300℃高温炉均导致超细晶镍铝合金常量和成品尺寸受到限制，难以实现量产。江苏大学刘满平等人在专利【CN105331858A】中提及了采用等通道转角挤压方法制备超细晶高强高韧铝合金的方法，此方法本专利背景介绍已提出，虽然通过多道次的转角挤压和固溶处理得到190~260nm超细晶，但成品尺寸较小，为20×20×100mm~100×100×350mm，难以满足工业级需求。桂林理工大学的刘崇宇等在专利【CN107058829A】中提及了一种超细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法，其特征在于，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（2）；S2：将上述铝合金坯料（2）放置加热炉内加热至380‑450℃，加热时间为：铝合金合金坯料直径D×（0.6~0.8）min；S3：将加热后的铝合金坯料（2）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（2）送入斜轧机入口和出口之间的变形区，铝合金坯料（2）在变形区内螺旋运动直至变形结束，得到直径为Dm的铝合金棒材，其中m为轧制次数；S5：重复上述S2‑S4步骤，对铝合金坯料（2）进行2‑14次螺旋轧制得到铝合金整体超细晶棒材；所述斜轧机为二辊斜轧机，所述轧辊（1）均为单锥形轧辊（1），轧辊（1）上设置有螺线轧槽，且螺线轧槽的旋进方向与铝合金坯料（2）轧制过程中的旋进方向相同，锥角γ1为15‑17度，且轧辊（1）咬入铝合金坯料（2）的圆弧半径r为40‑300mm，轧辊（1）送进角α为13‑15度，轧辊（1）的辗轧角β为15‑17度，两个轧辊（1）之间的轧辊（1）间距Dg为铝合金坯料（2）直径D的89%‑99%，轧辊（1）转速n为25‑40r/min；所述铝合金坯料（2）为大尺寸铝合金棒材；所述S5步骤中，重复轧制过程的加热时间为：铝合金棒材直径Dm×（0.3~0.4）min。...

【技术特征摘要】
1.大尺寸铝合金超细晶棒材的螺线圆锥辊等辊距轧制方法，其特征在于，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（2）；S2：将上述铝合金坯料（2）放置加热炉内加热至380-450℃，加热时间为：铝合金合金坯料直径D×（0.6~0.8）min；S3：将加热后的铝合金坯料（2）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（2）送入斜轧机入口和出口之间的变形区，铝合金坯料（2）在变形区内螺旋运动直至变形结束，得到直径为Dm的铝合金棒材，其中m为轧制次数；S5：重复上述S2-S4步骤，对铝合金坯料（2）进行2-14次螺旋轧制得到铝合金整体超细晶棒材；所述斜轧机为二辊斜轧机，所述轧辊（1）均为单锥形轧辊（1），轧辊（1）上设置有螺线轧槽，且螺线轧槽的旋进方向与铝合金坯料（2）轧制过程中的旋进方向相同，锥角γ1为15-17度，且轧辊（1）咬入铝合金坯料（2）的圆弧半径r为40-300mm，轧辊（1）送进角α为13-15度，轧辊（1）的辗轧角β为15-17度，两个轧辊（1）之间的轧辊（1）间距D...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，王建国，张润强，张喆，胡阳，杨艳慧，
申请(专利权)人：西安东耘新金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61