具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，解决了现有技术中梯度金属材料的延伸率较差的技术问题。具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，包括以下步骤：(1)获取金属坯体；(2)对金属坯体进行扭转处理，得到扭转坯体；(3)对扭转坯体进行退火处理，得到具有高延伸率的梯度金属材料。延伸率的梯度金属材料。延伸率的梯度金属材料。

【技术实现步骤摘要】
具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及具有晶粒尺寸由外至内依次增大的梯度纳米结构的梯度金属材料的
，具体而言，涉及具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法。

技术介绍

[0002]梯度纳米结构通常由纳米结构表面层和中心粗晶层组成，中间分布有梯度晶粒，因此，梯度纳米结构是一种典型的跨尺度颗粒层次结构，具有优越的强度和延展性的组合。梯度组织可以形成完全不同的晶粒尺寸、不同的孪晶间距或微纳米晶粒和孪晶相结合，因此，梯度纳米结构具有规避材料科学中强度与延性权衡困境的潜力。
[0003]具有梯度纳米结构的梯度金属材料的制备方法通常有分为两类：(1)自上而下的方法，包括表面机械处理方法，如累积滚压和激光冲击喷丸；(2)自下而上的方法，包括物理和化学沉积技术，如电沉积，磁控溅射和3D打印。
[0004]表面机械处理技术需要在金属试样表面反复机械研磨，并且需要根据金属类别反复调节试验压入量、转动速度、水平进给速度等多个工艺参数，工艺非常复杂，加工效率低；或者只能依靠经验控制应变大小；不同材料在相同工艺参数下差别显著，因此很难实现梯度结构的设计与控制；处理后的金属试样表面质量较初始状态显著下降，成功率较低；一般仅能在试样表层获得厚度较薄且纳米晶和粗晶界面分明，没有形成渐进式的梯度变化。
[0005]物理和化学沉积技术制备得到的材料在深度方向上由晶粒尺寸不同的多个颗粒层构成，每一个颗粒层内部的晶粒尺寸基本一致，颗粒层与颗粒层之间具有明显分界，因此，虽然材料的微观组织产生梯度分布，但是这种梯度结构晶粒尺寸及微观缺陷梯度分布是急剧变化的，不具有连续的梯度跨度；颗粒层与颗粒层之间甚至还可能存在结合力弱的问题；并且，这些工艺的难度较高，成本较大，样品整体的质量难以保证，难以大规模应用。
[0006]本申请的申请人已提交的申请号为2021109357014、名称为“具有宽尺寸渐进演变梯度纳米结构的金属棒材的制备方法”的专利技术专利申请中公布了采用纯扭转制备梯度材料的方法，该方法工艺简单，解决了上述方法难以大规模应用的技术问题。但是后续研究发现，采用纯扭转方法虽然能够获得强度较好、具有梯度纳米结构的梯度金属材料，但是所得梯度金属材料的延伸率较差，使其应用受到一定限制。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，以解决现有技术中梯度金属材料的延伸率较差的技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法。技术方案如下：
[0009]具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)获取金属坯体；
[0011](2)对金属坯体进行扭转处理，得到扭转坯体；
[0012](3)对扭转坯体进行退火处理，得到具有高延伸率的梯度金属材料。
[0013]进一步地是，所述金属坯体具有试验段以及位于试验段两端的夹持段，试验段的横截面为圆形，试验段的长度≤试验段的直径的5倍，夹持段与扭转设备的夹角适配。
[0014]进一步地是，所述金属坯体还具有位于试验段与夹持段之间的弧形段，弧形段的长度优选为5～15mm。
[0015]进一步地是，所述试验段的直径为0.5～20mm。
[0016]进一步地是，所述金属坯体为铝或铝合金、钛或钛合金、镍或镍合金、铁或铁合金、铜或铜合金中的任意一种。
[0017]进一步地是，还包括对金属坯体进行预处理，所述预处理包括热处理，预处理后再进行扭转处理。
[0018]进一步地是，所述热处理为扭转前低温应力退火，在100～200℃下保温0.5～2小时。
[0019]进一步地是，所述扭转处理为准静态扭转处理。
[0020]进一步地是，扭转速率为0.5～5
°
/秒，扭转圈数为1～10圈。
[0021]进一步地是，退火温度为100～400℃，保温时间为0.25～1小时。
[0022]首先，本专利技术的制备方法的工艺简单，易于实施，可以大规模应用；其次，本专利技术的制备方法能够获得不仅具有宽尺寸的梯度纳米结构，而且具有高延伸率的梯度金属材料。可见，本专利技术的具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法有效解决了现有技术中梯度金属材料的延伸率较差的技术问题，非常适合于制备棒状、高延伸率的梯度金属材料。
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的附图用来辅助对本专利技术的理解，附图中所提供的内容及其在本专利技术中有关的说明可用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1为金属坯体的实施例的结构示意图。
[0026]图2为实施例1的扭转坯体(即金属坯体)的IPF图。
[0027]图3为实施例4的扭转坯体的芯部纵截面(a)、中部纵截面(b)和表层(c)的IPF图。
[0028]图4为实施例5的扭转坯体的芯部纵截面(a)、中部纵截面(b)和表层(c)的IPF图。
[0029]图5为由图3
‑
4统计得到的扭转坯体的晶粒尺寸随深度的变化曲线。
[0030]图6为实施例1
‑
5的扭转坯体的硬度随深度的变化曲线。
[0031]图7为实施例1
‑
5的扭转坯体的工程应力应变曲线。
[0032]图8为实施例8的梯度金属材料的芯部纵截面(a)、中部纵截面(b)和表层(c)的IPF图。
[0033]图9为实施例6
‑
10的梯度金属材料的硬度随深度的变化曲线。
[0034]图10为实施例6
‑
10的梯度金属材料的工程应力应变曲线。
[0035]上述附图中的有关标记为：
[0036]100
‑
试验段，200
‑
夹持段，300
‑
弧形段。
具体实施方式
[0037]下面结合附图对本专利技术进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本专利技术。在结合附图对本专利技术进行说明前，需要特别指出的是：
[0038]本专利技术中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
[0039]此外，下述说明中涉及到的本专利技术的实施例通常仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0040]关于本专利技术中术语和单位。本专利技术的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0041]本专利技术的具有高延伸率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，包括以下步骤：(1)获取金属坯体；(2)对金属坯体进行扭转处理，得到扭转坯体；(3)对扭转坯体进行退火处理，得到具有高延伸率的梯度金属材料。2.如权利要求1所述的具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，其特征在于：所述金属坯体具有试验段以及位于试验段两端的夹持段，试验段的横截面为圆形，试验段的长度≤试验段的直径的5倍，夹持段与扭转设备的夹角适配。3.如权利要求2所述具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，其特征在于：所述金属坯体还具有位于试验段与夹持段之间的弧形段，弧形段的长度优选为5～15mm。4.如权利要求2所述具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，其特征在于：所述试验段的直径为0.5～20mm。5.如权利要求1所述具有高延伸率的梯度金属材料的制备方法，其特征在于：所述金属坯体为铝或铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏文强，罗胜年，马新凯，钟东灵，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：