一种超声辅助等通道角拉伸处理方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助等通道角拉伸处理方法
本专利技术涉及严重塑性形变细晶
，具体为一种超声辅助等通道角拉伸处理方法。
技术介绍
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((SeverPlasticDeformation——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0.4Tm)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JonAlkorta等人“Ontheimpossibilityofmulti-passequal-channelangulardrawing”，ScriptaMaterialia47(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。本专利技术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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超声辅助等通道角拉伸处理方法，其包括如下步骤：(1)将箔材进行表面清洗，去除脏污；(2)将清洗后的箔材表面涂抹惰性润滑油，形成油膜；(3)开启超声，将箔材正向、反向连续通过多道次的超声辅助等通道角拉伸系统；所述超声辅助等通道角拉伸系统包括箔材传输装置、多个超声辅助等通道角拉伸装置；其中，所述超声辅助等通道角拉伸装置包括上端高度可调并导入有连续高频超声的V形超声工具冲头和与所述V形超声工具冲头形状相适配的V形底座，所述V形超声工具冲头和V形底座构成宽度可调的V形等通道，所述V形等通道的厚度等于箔材厚度与V形超声工具冲头顶端的超声振幅之和，多个所述超声辅助等通道角拉伸装置通过正反倒置串联构成了多道次的超声辅助等通道角拉伸装置系统；所述V形等通道可根据处理对象横截面形状不同而设计成不同的通道截面形状，如对于圆截面细线材，可在V形等通道角上下对应壁面上开设相同直径的连续圆槽。(4)在多道次的超声辅助等通道角拉伸系统的中间环节，至少进行一次箔材高温短时软化退火。优选地，所述超声辅助等通道角拉伸系统还包括连续通过式退火炉。优选地，所述箔材传输装置包括辊轮、连接在辊轮转轴的金属条带以及连接金属条带的驱动电机。优选地，所述V形等通道的交汇角介于90°～150°之间。优选地，所述V形超声工具冲头的超声振幅和超声振动频率根据所处理的箔材厚度不同，超声振幅取值在1～100微米之间，超声振动频率取值在15～50KHZ之间。优选地，所述箔材高温短时软化退火温度依照箔材不同材质而定，对于铜箔，退火温度取300～600℃之间，通过时间取4～30秒之间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过在微尺寸上的超声锻打与通道角拉伸结合，可在不减小材料尺寸的条件下，实现对金属或金属基线材、箔材的高效严重塑变连续引入，最终形成亚微米、纳米尺度的大块超细晶材料，改善原有织构组织，大幅提高材料性能。该工艺工艺路线简单，设备依赖低，细晶效果好。由验证试验1可见，经处理后铜箔晶粒显著细化，平均晶粒尺寸由2.5μm减至0.48μm。晶粒组织的织构由处理前由轧制形成的板织构转变为高应变速率条件下动态再结晶机制形成的立方织构。(2)本专利技术可实现角拉伸过程所需拉力大幅下降的效果，便于箔材连续处理，具有实际工程应用价值。①利用构成通道上表面的振动表面与箔材表面的振动界面间不连续接触带来的摩擦力减小效果，实现减小材料通过等截面通道所需的拉伸力。②超声所带来的声软化效应结合V形等通道对通过的箔材导入连续的高频超声冲击进行微成形墩锻，可软化箔材的变形抗力，实现拉伸力减小。③利用超声垂直方向上的往复锻打来取代角拉伸变形过程中的弯曲机制，可减少箔材、线材通过V形角时所需拉拔力；(3)本专利技术可在箔材或线材不出现明显截面减薄的前提下，反复多道次通过等截面通道角区域获得大的有效塑变，具有实际工程应用价值。①利用超声垂直方向上的往复锻打来取代角拉伸变形过程中的弯曲机制，避免角拉伸过程弯曲机制产生的截面减薄行为。②由于本专利技术方案可大幅降低材料通过等截面通道所需的拉伸力，避免了因拉伸力过大导致的拉伸变形截面减薄行为。并且超声所带来的声软化效应结合V形等通道对通过的箔材导入连续的高频超声冲击进行微成形墩锻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声辅助等通道角拉伸处理方法，其包括如下步骤：/n(1)将箔材进行表面清洗，去除脏污；/n(2)将清洗后的箔材表面涂抹惰性润滑油，形成油膜；/n(3)开启超声，将箔材正向、反向连续通过多道次的超声辅助等通道角拉伸系统；/n所述超声辅助等通道角拉伸系统包括箔材传输装置、多个超声辅助等通道角拉伸装置；其中，所述超声辅助等通道角拉伸装置包括上端高度可调并导入有连续高频超声的V形超声工具冲头和与所述V形超声工具冲头形状相适配的V形底座，所述V形超声工具冲头和V形底座构成宽度可调的V形等通道，所述V形等通道的厚度等于箔材厚度与V形超声工具冲头顶端的超声振幅之和，多个所述超声辅助等通道角拉伸装置通过正反倒置串联构成了多道次的超声辅助等通道角拉伸装置系统；/n(4)在多道次的超声辅助等通道角拉伸系统的中间环节，至少进行一次箔材高温短时软化退火。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助等通道角拉伸处理方法，其包括如下步骤：
(1)将箔材进行表面清洗，去除脏污；
(2)将清洗后的箔材表面涂抹惰性润滑油，形成油膜；
(3)开启超声，将箔材正向、反向连续通过多道次的超声辅助等通道角拉伸系统；
所述超声辅助等通道角拉伸系统包括箔材传输装置、多个超声辅助等通道角拉伸装置；其中，所述超声辅助等通道角拉伸装置包括上端高度可调并导入有连续高频超声的V形超声工具冲头和与所述V形超声工具冲头形状相适配的V形底座，所述V形超声工具冲头和V形底座构成宽度可调的V形等通道，所述V形等通道的厚度等于箔材厚度与V形超声工具冲头顶端的超声振幅之和，多个所述超声辅助等通道角拉伸装置通过正反倒置串联构成了多道次的超声辅助等通道角拉伸装置系统；
(4)在多道次的超声辅助等通道角拉伸系统的中间环节，至少进行一次箔材高温短时软化退火。


2.根据权利要求1所述的一种超声辅助等通道角拉伸处理方法，其特征在于：所述超声辅助等通道角拉伸系统还包括连续通过式退火炉。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志浩，刘洋，曹伟，朱协彬，姚敏，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34