專利名稱：多層軋制及多點電脈沖處理所致3d梯度板材的制備方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬材料的軋制領域，特別是一種多層軋制及多點電脈沖處理所致3D 梯度板材的制備方法及其設備。
背景技術：
隨著國家汽車、高鐵、大飛機等制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，對于某些相關材料我們需要它既具有良好的塑性，又需要它具有很高的強度，這一類材料被稱為高強塑性結(jié)構(gòu)材料。高強塑性結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢在于可以在保證高強度的同時，具有較高的塑性變形能力，提高材料的抗沖擊性和彎曲性能；與此同時，在確保安全指標的同時，減輕結(jié)構(gòu)材料的重量，大幅度降低能源損耗。
近年來，超細晶材料因其在材料中不需另外添加合金元素、高潔凈、回收再利用簡單而成為新世紀先進結(jié)構(gòu)材料的重要研發(fā)方向。雖然超細晶金屬材料的強度遠高于同成分粗晶材料，但其塑性隨晶粒的減小而降低，甚至出現(xiàn)了由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈缘淖兓?，這種轉(zhuǎn)變會帶來巨大的問題。一種可行的想法就是利用復合材料的思想，把晶粒粗細不同的結(jié)構(gòu)有序的混雜在一起，使它們有效地結(jié)合，可能會得到同時具備超細晶材料高強度與粗晶材料高塑性的高強塑性結(jié)構(gòu)材料。目前國際上已經(jīng)有人利用層狀梯度設計和發(fā)展出一種既具有高強度又能保持良好塑性的細晶材料，他們通過表面納米化，制備出表層細晶粒、內(nèi)部粗晶粒的高強塑性板材，但是其工藝流程比較復雜，制備要求較高，且微觀結(jié)構(gòu)設計的靈活性差。
因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種更為簡單的工藝來制造出高強塑性的材料。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術存在的工藝流程復雜，制備要求較高的問題，本發(fā)明提供一種更為簡單的工藝來制造出高強塑性的材料。通過設計一系列不同的晶粒大小疊放組合順序以及電脈沖粗化或細化晶粒來優(yōu)化材料，使材料其在三維方向上晶粒大小都具有梯度變化， 同時通過電脈沖退火處理能夠加強層與層之間的結(jié)合，防止不同層之間結(jié)合不牢固。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明的制備設備包括軋輥、通電裝置和脈沖電源。其中，通電裝置共有兩個，相對于待加工板材呈上下對稱分布，且通電裝置與板材相互平行；外部的脈沖電源通過導線與通電裝置相連，通電裝置的導電部分在整個裝置上為陣列分布，通電裝置及陣列的數(shù)目可以根據(jù)板材的大小進行相應的設計；導電部分由導電塊和彈簧組成，導電塊的頭部為半球形，使其能夠與加工件表面形成面接觸，底部的彈簧起到壓緊作用。
本發(fā)明的晶粒大小梯度分布板材的電致塑性制備方法包括以下步驟
1.板材設計本發(fā)明所使用的板材為多層復合結(jié)構(gòu)，同一層上的晶粒大小在軋制前相同，在電脈沖處理后，由于通電裝置上的通電部分呈陣列分布，與通電部分接觸處的晶粒相對周圍晶粒在大小上就有一定的梯度。不同層之間的晶粒大小可能相同可能不同，可以通過一定的設計使粗晶粒和細晶粒以一定的方式分布以達到高強高塑性的要求。2.軋制將多層結(jié)構(gòu)的板材通過軋輥的軋制改變其厚度，并且不同晶粒大小的各層之間能夠形成結(jié)合。3.電脈沖處理通電裝置放置于軋輥旁邊，未進行電脈沖處理前兩個對稱的通電裝置分隔一定的距離，當板材軋制完成后上下兩個通電裝置壓緊板材從而對其進行連續(xù)的電脈沖處理，由于通電裝置通電部分的陣列分布，會使得部分區(qū)域的晶粒長大或者細化從而產(chǎn)生類似于鉚釘?shù)淖饔脤⒍鄬影謇喂痰亟Y(jié)合在一起。本發(fā)明可制造鎂合金或純鋁的板材，該板材的晶粒大小為微米量級。本發(fā)明將金屬的軋制和電脈沖處理相結(jié)合，提供一種簡單的制造高強塑性材料的工藝，通過設計層狀金屬材料不同的疊放順序以及電脈沖粗化或細化來達到目的，使其在三維方向上晶粒大小都具有梯度變化，同時電脈沖退火處理也能夠起到鉚釘作用，加強層與層之間的結(jié)合，保證其結(jié)合牢固。利用本發(fā)明，通過設計一系列不同的疊放組合順序和多點電脈沖的分布可以控制得到不同微觀結(jié)構(gòu)的板材，進而篩選出高強度高塑性的材料。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1為本發(fā)明的一個較佳實施例的晶粒大小梯度分布板材的電致塑性制備設備示意圖；圖2為通電裝置結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，本實施例包括軋輥1，待加工板材2，通電裝置3，脈沖電源4，導電塊 5，彈簧6和導線7，其中，通電裝置3共有兩個，相對于待加工板材2呈上下對稱分布，且通電裝置3與待加工板材2相互平行，而外部的脈沖電源4通過導線7與通電裝置3相連。如圖2所示，通電裝置3的導電部分在整個通電裝置3上為陣列分布，陣列具有一定的數(shù)目，導電部分由導電塊5和彈簧6組成，導電塊5的頭部為半球形，彈簧6壓緊導電塊5使其與待加工板材2表面緊密接觸。本實施例中的待加工板材2為AZ31B鎂合金，軋輥1的直徑為210mm，軋制速度為 1. Om/min，輥縫為1mm，連續(xù)脈沖電源的峰值電流為800A，占空比10%，頻率為100Hz，脈寬為40 μ S。鎂合金板材共有三層，晶粒大小依次為30 μ m，1 μ m，30 μ m。軋制開始前先將待加工板材2依照事先的設計疊放好，啟動軋機，通過軋輥1的作用將待加工板材2壓成預設的厚度，待加工板材2軋制完成后，通過脈沖電源4給通電裝置 3通電，通電裝置3上下對稱地壓緊待加工板材2，導電塊5因為彈簧6的壓緊作用與待加工板材2表面緊密接觸，一定的通電時間后移開通電裝置3，整個加工過程完成。實施例2
本實施例中的待加工板材2為純鋁，軋輥1的直徑為210mm，軋制速度為1. Om/ min，輥縫為1mm，連續(xù)脈沖電源的峰值電流為900A，占空比10%，頻率為150Hz，脈寬為 50 μ S。板材共有五層，晶粒大小依次為50μ ，10μπ ，0· 5μ ，10μπ ，50μπ 。
本實施例與實施例1的其他實施方式相同。
以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種多層軋制及多點電脈沖處理所致3D梯度板材的制備方法，其中，待加工板材首先經(jīng)過軋輥的軋制，軋制后的板材通過相應的通電裝置受到連續(xù)電脈沖處理；其中包括如下步驟步驟一，板材設計所述待加工板材為多層復合結(jié)構(gòu)，其同一層上的晶粒大小在軋制前相同，不同層之間的晶粒大小不同，其中，粗晶粒和細晶粒以預定的方式分布以達到預定力學性能的要求；步驟二，軋制將多層復合結(jié)構(gòu)的所述待加工板材通過軋輥的軋制改變厚度，并且不同晶粒大小的各層之間形成結(jié)合；步驟三，電脈沖處理當所述待加工板材軋制完成后，使上下兩個通電裝置對稱地壓緊板材，從而對所述軋制后的板材進行連續(xù)的電脈沖處理，其中，所述通電裝置的通電部分為陣列分布，所述陣列分布使得所述軋制后的板材內(nèi)部的部分區(qū)域的晶粒長大或者細化，從而產(chǎn)生類似于鉚釘?shù)你T接作用將所述軋制后的板材內(nèi)的不同層牢固地結(jié)合在一起；步驟四，經(jīng)過預定的通電時間后移開所述通電裝置，整個加工過程完成。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一中所述待加工板材為至少三層的復合結(jié)構(gòu)，其中，從中間層到兩側(cè)外層，各層晶粒尺寸的分布呈逐漸增大的梯度。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述待加工板材為鎂合金或純鋁。
4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述待加工板材的晶粒大小為微米量級。
5.一種多層軋制及多點電脈沖處理所致3D梯度板材的制備設備，用于如權利要求1所述的制備方法，包括軋輥，通電裝置和脈沖電源；其中，所述通電裝置共有兩個，相對于待加工板材呈上下對稱排布，且所述通電裝置與待加工板材相互平行；外部的脈沖電源通過導線與所述通電裝置分別相連，所述通電裝置具有在整個通電裝置上陣列分布的多個導電部分，所述通電裝置的大小及所述導電部分的數(shù)目與所述待加工板材的大小相適應；所述導電部分包括導電塊和設置在所述導電塊底部的彈簧，所述導電塊的頭部為半球形，所述彈簧用于推動所述導電塊的頭部與軋制后的板材表面緊密接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層軋制及多點電脈沖處理所致3D梯度板材的制備方法及其設備，屬于金屬材料的軋制領域。該設備由通電裝置，脈沖電源和軋輥組成。待加工的板材為多層復合結(jié)構(gòu)，不同層之間的晶粒大小具有梯度分布，板材先經(jīng)過軋輥的軋制再受到一定的電脈沖處理，電流通過一對對稱的通電裝置加在軋制后的板材上，而通電裝置的導電部分呈陣列分布。經(jīng)過處理后的板材在三維方向上晶粒大小都具有梯度變化，通過設計一系列不同的疊放組合順序和多點電脈沖的分布可以控制得到不同微觀結(jié)構(gòu)的板材，進而篩選出高強度高塑性的材料，同時電脈沖退火處理能夠加強層與層之間的結(jié)合。
文檔編號B21B47/00GK102489530SQ20111039420
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權日2011年12月1日
發(fā)明者呂智, 李奧, 沈耀, 金學軍, 馬佳偉 申請人:上海交通大學