一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将金属丝坯料低温预退火处理，所述低温预退火温度为200℃‑400℃，处理时间为2‑5 min；(2)将低温预退火处理后的金属丝进行拉拔处理；(3)将拉拔处理的金属丝进行等温退火处理，使之发生再结晶及晶粒的长大，从而得到不同晶粒尺寸的超细晶金属，所述等温退火温度为490～1000℃，处理时间为5 min‑40 min。本发明专利技术所需设备简单、易于操作、适用范围广，能实现不同种类、不同直径规格的超细晶金属丝制备；本发明专利技术能够实现超大塑性变形，变形率高达96%以上；通过本发明专利技术方法亦可制备纳米晶甚至非晶金属材料。

【技术实现步骤摘要】
一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法
本专利技术涉及金属材料制备
，具体来说，涉及一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法。
技术介绍
以钢铁材料为代表的金属结构材料广泛应用于建筑、交通、国防以及石化装备等领域。强度和塑性是金属结构材料最重要的两个力学性能指标，高强高塑性是其高性能的关键，兼顾高强高塑性的金属材料可以实现部件的减量化、节约化、安全性，有利于节能降耗、环境保护。然而，强度和塑性往往是一对矛盾，很难兼顾，传统的诸如固溶强化、沉淀强化、形变强化等强化方法都是以牺牲塑性为代价。各种强化方法中，细晶强化是目前唯一一种可以一定程度上既提高强度又能增加塑韧性的手段。随着晶粒的细化，材料的强度一直提高，塑性也能一定程度增加，超细晶金属表现出优异的高强度高塑的性综合力学性能。目前超细晶金属的制备方法主要有以等通道转角挤压（ECAP）、累积叠轧（ARB）、高压扭转（HTP）等为代表的大塑性变形技术（SPD）；以控轧控冷（TMCP）、形变诱导铁素体相变（DIFT）为代表的机械热处理技术（ATMP）以及其他的电沉积、惰性气体凝固、非晶晶化等方法。虽然SPD技术广泛应用于铝、铜、钛、镍金属及其合金以及纯铁、低碳钢等多种材料的超细晶制备，但是受限于工艺的复杂性和设备要求等条件，利用此技术进行超细晶金属的大规模生产还存在很大困难；TMCP可以实现超细晶钢的大规模生产，但是设备占地大、投资高；电沉积等其他方法也存在明显的局限性。因此，开发一种低成本、简便高效的超细晶金属制备方法是目前本领域研究人员较为关注的一个具有实际应用价值的课题。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，能够解决上述技术问题。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，包括如下步骤：(1)将金属丝坯料低温预退火处理，所述低温预退火温度为200℃-400℃，处理时间为2-5min；(2)将低温预退火处理后的金属丝进行拉拔处理；(3)将拉拔处理的金属丝进行等温退火处理，使之发生再结晶及晶粒的长大，从而得到不同晶粒尺寸的超细晶金属，所述等温退火温度为490～1000℃，处理时间为5min-40min。进一步地，所述拉拔处理为：将低温预退火处理后金属丝通过不同孔径模具拉拔成直径为0.40mm-0.10mm的金属丝。进一步地，所述模具的孔径包括：3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.2mm、1.0mm、0.9mm、0.82mm、0.75mm、0.7mm、0.66mm、0.63mm、0.6mm、0.58mm、0.56mm、0.54mm、0.52mm、0.50mm、0.48mm、0.46mm、0.44mm、0.42mm、0.4mm、0.38mm、0.36mm、0.35mm、0.33mm、0.32mm、0.31mm、0.30mm、0.29mm、0.28mm、0.27mm、0.26mm、0.25mm、0.24mm、0.23mm、0.22mm、0.21mm、0.20mm、0.19mm、0.18mm、0.17mm、0.16mm、0.15mm、0.14mm、0.13mm、0.12mm、0.11mm、0.10mm。进一步地，所述模具采用金刚石和模具钢材质制备而成。进一步地，所述低温预退火处理和等温退火处理均于退火设备中进行，所述退火设备采用箱式退火炉、管式气氛炉或真空退火炉。进一步地，所述等温退火处理采用空气冷却。进一步地，所述金属丝坯料的直径可以为4.0mm-2.0mm。进一步地，所述金属丝坯料包括但不限于纯铁、低碳钢、不锈钢。本专利技术的有益效果：1、本专利技术所需设备简单、易于操作、适用范围广，能实现不同种类、不同直径规格的超细晶金属丝制备。2、本专利技术能够实现超大塑性变形，变形率高达96%以上。3、通过本专利技术方法亦可制备纳米晶甚至非晶金属材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1的超细晶纯铁丝的微观组织图；图2是本专利技术实施例1的超细晶纯铁丝晶粒尺寸统计图；图3是本专利技术实施例1的超细晶纯铁丝抗拉强度统计图；图4是本专利技术实施例2的低碳钢丝的微观组织图；图5是本专利技术实施例2的低碳钢丝晶粒尺寸统计图；图6是本专利技术实施例2的低碳钢丝抗拉强度统计图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。首先采用退火炉对金属丝坯料进行低温退火，然后利用电动机驱动的拉丝设备进行逐步减径拉拔，最后对拉拔后的金属丝进行不温度和不同时间的等温退火处理，得到不同晶粒尺寸的高强度超细晶粒金属丝，晶粒尺寸可以细化到亚微米范围，实现高强度或高强塑性。本专利技术中采用两向压应变一向拉应力的方法能简便高效的实现大塑性变形，变形率可高达96%以上。本专利技术中采用不同直径的拉拔模具，实现逐步减径防止拉拔过程中断裂的效果。具体包括如下步骤：(1)将金属丝坯料低温预退火处理，所述低温预退火温度为200℃-400℃，处理时间为2-5min；(2)将低温预退火处理后的金属丝进行拉拔处理；(3)将拉拔处理的金属丝进行等温退火处理，使之发生再结晶及晶粒的长大，从而得到不同晶粒尺寸的超细晶金属，所述等温退火温度为490～1000℃，退火时间为5min-40min。金属丝可以是纯铁、低碳钢、不锈钢等、直径可以为4.0mm-2.0mm。退火设备可以是箱式退火炉、管式气氛炉或真空退火炉，设备额定温度1200-1300℃。实施例1选用直径2.5mm的纯铁丝（纯度99.5%），不进行低温退火直接拉拔，经过孔径分别为2.0mm、1.5mm、1.2mm、0.9mm、0.7mm、0.50mm、0.46mm、0.44mm、0.42mm、0.4mm模具拉拔，获得直径0.4mm的大塑性变形金属丝。然后，经过510℃-600℃退火5min-40min进行空冷处理，获得不同尺寸（平均值）的超细晶，如图1-2所示，晶粒尺寸范围0.6μm-4.5μm。超细晶纯铁丝的抗拉强度如图3所示，可高达900MPa，是普通纯铁的3倍以上。实施例2选用直径3.0mm的低碳钢，进行200℃低温退火后进行拉拔，经过孔径分别为2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.2mm、0.9mm、0.7mm、0.50mm、0.46mm、0.44mm、0.42mm、0.4mm模具拉拔，获得直径0.4mm的大塑性变形金属丝。然后，经过490℃-630℃退火30min进行空冷处理，获得不同尺寸平均值）的超细晶，如图4-5所示，晶粒尺寸范围0.52μm-4.05μm。超细晶低碳钢丝的抗拉强度如图6所示，与普通低碳钢相比强度显著提升，可达550Mpa以上。综上所述，借助于本专利技术的上述技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将金属丝坯料低温预退火处理，所述低温预退火温度为200 ℃‑400 ℃，处理时间为2‑5 min；(2)将低温预退火处理后的金属丝进行拉拔处理；(3)将拉拔处理的金属丝进行等温退火处理，使之发生再结晶及晶粒的长大，从而得到不同晶粒尺寸的超细晶金属，所述等温退火温度为490～1000 ℃，处理时间为5 min‑40 min。

【技术特征摘要】
1.一种简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将金属丝坯料低温预退火处理，所述低温预退火温度为200℃-400℃，处理时间为2-5min；(2)将低温预退火处理后的金属丝进行拉拔处理；(3)将拉拔处理的金属丝进行等温退火处理，使之发生再结晶及晶粒的长大，从而得到不同晶粒尺寸的超细晶金属，所述等温退火温度为490～1000℃，处理时间为5min-40min。2.根据权利要求1所述简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，其特征在于，所述拉拔处理为：将低温预退火处理后金属丝通过不同孔径模具拉拔成直径为0.40mm-0.10mm的金属丝。3.根据权利要求2所述简便、高效的高强度超细晶金属丝的制备方法，其特征在于，所述模具的孔径包括：3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.2mm、1.0mm、0.9mm、0.82mm、0.75mm、0.7mm、0.66mm、0.63mm、0.6mm、0.58mm、0.56mm、0.54mm、0.52mm、0.50mm、0.48mm、0.46mm、0.44mm、0.42mm、0.4mm、0.38mm、0.36mm、0.35...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永强，赵昱，张洁清，叶乔庚，孙丹凤，
申请(专利权)人：无锡光旭新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32