專利名稱：棒狀超細(xì)晶材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種棒狀超細(xì)晶材料的制備方法。
背景技術(shù)：
制備超細(xì)晶材料的一般方法有惰性氣體凝聚法、氣相沉淀法、機(jī)械法、機(jī)械合金化法、強(qiáng)烈塑性變形法等。強(qiáng)烈塑性變形法又分為兩種，一種是高壓扭轉(zhuǎn)塑性變形法，另一種是S型等徑側(cè)向擠壓法。
參見圖6，在1999年第四期《材料導(dǎo)報》中，沈輝的“劇烈塑性變形法制備納米材料Ni和Ni/SiO2”一文中采用高壓扭轉(zhuǎn)塑性變形法，對厚度為0.2mm、直徑為8mm的圓片狀Ni試樣進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)，制備出平均晶粒尺寸約為52nm的超細(xì)晶材料。V.R.Gertsman在《scripta metallurgica and mechanical》1994年第229頁，“On the structure and strength ofultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation”一文中記載了采用高壓扭轉(zhuǎn)塑性變形法，對厚度為200μm，直徑為3mm的金屬圓片狀材料進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)，制備出平均晶粒直徑為170nm的超細(xì)晶組織。該方法缺陷是，只能對小片材料進(jìn)行處理，制備不出大面積或塊狀的超細(xì)晶組織材料，不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
參見圖7，Z.Y.Liu在《Materials science and Engineering》1998年A242卷137～140頁“The effect of cumulative large plastic strain on the structure and properties of a Cu-Znalloy”一文中，記載了采用S型等徑側(cè)向擠壓法，在高溫條件下，對含鋅38％的銅鋅合金棒材進(jìn)行多次擠壓，最后生成平均晶粒直徑為0.3～0.4μm的超細(xì)晶材料。該方法的缺陷是設(shè)備噸位高，變形程度低，需要多次反復(fù)進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種制備棒狀超細(xì)晶材料的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種棒狀超細(xì)晶材料的制備方法，其特征在于；1)待細(xì)化組織的棒狀金屬材料(1)卡在固定夾具(10)與旋轉(zhuǎn)夾具(3)之間，通過中頻電源(6)與感應(yīng)線圈(7)對棒狀金屬材料(1)進(jìn)行局部加熱，加熱溫度低于材料的動態(tài)再結(jié)晶溫度；2)當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，由伺服電機(jī)(4)帶動旋轉(zhuǎn)夾具(3)旋轉(zhuǎn)，在扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力作用下，變形區(qū)(9)處的金屬晶粒破碎細(xì)化；
3)通過控制滑臺(44)的移動，使感應(yīng)線圈(7)逐漸沿材料(1)軸向移動，變換加熱區(qū)域；同時，冷卻圈(45)與感應(yīng)線圈(7)同步移動，冷卻棒狀金屬材料(1)上變形區(qū)(9)后方的區(qū)域，保持已細(xì)化的細(xì)晶組織；4)當(dāng)感應(yīng)線圈(7)從待細(xì)化的棒狀金屬材料(1)的一端移動到另一端時，依次停止加熱、冷卻及扭轉(zhuǎn)，即可得到一段超細(xì)晶組織棒材；5)對已成型的超細(xì)晶組織棒材進(jìn)行退火處理。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于采用熱扭轉(zhuǎn)偏移法，可制備整塊的棒狀超細(xì)晶材料，而且一次成形，變形程度高，所用設(shè)備噸位低。降低了超細(xì)晶材料的成本。


圖1為熱扭轉(zhuǎn)偏移法制備棒狀超細(xì)晶材料示意2為高壓扭轉(zhuǎn)塑性變形法制備超細(xì)晶材料示意3為S型等徑側(cè)向擠壓法制備超細(xì)晶材料示意2和圖3為背景技術(shù)附中1-材料，2-軸承，3-旋轉(zhuǎn)夾具，4-伺服電機(jī)，5-溫度傳感器，6-中頻電源，7-感應(yīng)線圈，8-冷卻系統(tǒng)，9-變形區(qū) 10-固定夾具，61-壓扭模具，71-壓頭，72-擠壓模具。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參照圖1，本例是利用熱扭轉(zhuǎn)偏移法制備棒狀超細(xì)晶材料，屬于變形區(qū)轉(zhuǎn)移法制備棒(塊)狀超細(xì)晶材料的一種方法。具體過程如下待細(xì)化組織的棒狀金屬材料1卡在固定夾具10與旋轉(zhuǎn)夾具3之間。旋轉(zhuǎn)夾具3由伺服電機(jī)4驅(qū)動，在旋轉(zhuǎn)夾具3與伺服電機(jī)4中間安裝有扭矩傳感器41。感應(yīng)線圈7與中頻電源6可對棒狀金屬材料1進(jìn)行局部加熱。冷卻圈45與冷卻系統(tǒng)8可對棒狀金屬材料1進(jìn)行局部冷卻。由溫度傳感器5用來測量加熱區(qū)溫度。
通過中頻電源6與感應(yīng)線圈7對棒狀金屬材料1進(jìn)行局部加熱，加熱溫度低于材料的動態(tài)再結(jié)晶溫度；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，由伺服電機(jī)4帶動旋轉(zhuǎn)夾具3旋轉(zhuǎn)。由于感應(yīng)加熱的區(qū)域溫度相對其他區(qū)域高，變形抗力小，故塑性變形集中在加熱變形區(qū)9。由于變形集中，變形區(qū)9的變形速率高，容易達(dá)到大應(yīng)變程度，在扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力作用下，金屬晶粒易于破碎，形成細(xì)化晶粒。同時由于是局部變形，設(shè)備加載能力要求低，變形過程便于控制。
當(dāng)起始加熱變形區(qū)9的溫度、變形程度達(dá)到設(shè)定值，使晶粒細(xì)化到一定程度后，通過控制滑臺44的移動，使感應(yīng)線圈7逐漸沿材料1軸向移動，變換加熱區(qū)域。同時，冷卻圈45隨滑臺44的移動與感應(yīng)線圈7同步移動，啟動冷卻系統(tǒng)8，冷卻棒狀金屬材料1上變形區(qū)9后方的區(qū)域，保持已細(xì)化的細(xì)晶組織。這樣，隨著滑臺44的移動，棒狀金屬材料1上的加熱變形區(qū)9跟隨感應(yīng)線圈7一起移動，使新的加熱變形區(qū)9的晶粒得到細(xì)化、保持。隨著加熱變形區(qū)9的不斷移動，就會形成連續(xù)的棒(塊)狀細(xì)化金屬體。
當(dāng)感應(yīng)線圈7從待細(xì)化的棒狀金屬材料1的一端移動到另一端時，依次停止加熱、冷卻及扭轉(zhuǎn)。從夾具上取下棒狀金屬材料1，去掉兩頭過渡段，即可得到一段超細(xì)晶組織棒材。
通過控制加熱溫度、扭轉(zhuǎn)速度和移動速度，可以調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)變形過程的變形程度和動態(tài)再結(jié)晶程度，以在棒狀金屬材料1內(nèi)部得到不同程度的細(xì)化晶粒。
最后，將已細(xì)化晶粒的棒狀金屬材料1進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗馃崽幚?，以降低殘余?yīng)力，穩(wěn)定組織。
權(quán)利要求
1.一種棒狀超細(xì)晶材料的制備方法，其特征在于1)待細(xì)化組織的棒狀金屬材料(1)卡在固定夾具(10)與旋轉(zhuǎn)夾具(3)之間，通過中頻電源(6)與感應(yīng)線圈(7)對棒狀金屬材料(1)進(jìn)行局部加熱，加熱溫度低于材料的動態(tài)再結(jié)晶溫度；2)當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，由伺服電機(jī)(4)帶動旋轉(zhuǎn)夾具(3)旋轉(zhuǎn)，在扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力作用下，變形區(qū)(9)處的金屬晶粒破碎細(xì)化；3)通過控制滑臺(44)的移動，使感應(yīng)線圈(7)逐漸沿材料(1)軸向移動，變換加熱區(qū)域；同時，冷卻圈(45)與感應(yīng)線圈(7)同步移動，冷卻棒狀金屬材料(1)上變形區(qū)(9)后方的區(qū)域，保持已細(xì)化的細(xì)晶組織；4)當(dāng)感應(yīng)線圈(7)從待細(xì)化的棒狀金屬材料(1)的一端移動到另一端時，依次停止加熱、冷卻及扭轉(zhuǎn)，即可得到一段超細(xì)晶組織棒材；5)對已成型的超細(xì)晶組織棒材進(jìn)行退火處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種棒狀超細(xì)晶材料的制備方法，其特征是待細(xì)化組織的棒狀金屬材料(1)卡在固定夾具(10)與旋轉(zhuǎn)夾具(3)之間，通過中頻電源(6)與感應(yīng)線圈(7)對棒狀金屬材料(1)進(jìn)行局部加熱；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，由伺服電機(jī)(4)帶動旋轉(zhuǎn)夾具(3)旋轉(zhuǎn)，在扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力作用下，變形區(qū)(9)處的金屬晶粒破碎細(xì)化；使感應(yīng)線圈(7)逐漸沿材料(1)軸向移動；同時，冷卻圈(45)與感應(yīng)線圈(7)同步移動，冷卻變形區(qū)(9)后方的區(qū)域，保持已細(xì)化的細(xì)晶組織；當(dāng)感應(yīng)線圈(7)移動到棒狀金屬材料(1)的另一端時，即可得到一段超細(xì)晶組織棒材。本發(fā)明一次成形，變形程度高，所用設(shè)備噸位低，并可降低超細(xì)晶材料的成本。
文檔編號C22F1/00GK1637162SQ20041007906
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月10日
發(fā)明者杜隨更 申請人:西北工業(yè)大學(xué)