[发明专利]一种通过非对称累积叠轧工艺制备片层同质异构轻合金板材的方法

说明书

本发明涉及金属材料的轧制加工领域，具体是一种通过非对称累积叠轧工艺制备片层同质异构轻合金板材的方法。本发明是利用两块以上材质相同但晶粒尺寸或微观组织不同的轻合金板材，采用热轧方式，在轧制过程中发生不对称变形，通过重复轧制3到5次从而形成具有混晶结构的片层异构材料，实现材料的强塑性同时提高，解决了铸轧板材的中心偏析现象，且该片层异构材料易回收。该方法减少了材料的制备时间，缩短了工艺流程，降低了金属加工所需的能源消耗，符合节能减排，绿色生产的工业化发展理念。该工艺还减少了由于不同种材料在服役过程中可能出现的电化学腐蚀等潜在隐患，完美解决了叠轧材料使用后的分离回收问题，降低了材料后续的循环利用成本。

技术领域

本发明涉及金属材料的轧制加工领域，具体是一种通过非对称累积叠轧工艺制备片层同质异构轻合金板材的方法。

背景技术

在全球工业化水平高速发展的大背景下，节能减排已经成为了匹配这种高强度发展模式不可回避的问题。对于传统以钢铁为基础的工业发展模式逐渐显露出不足，而轻量化的提出为航空航天、交通运输等领域开辟了新的道路。其中镁、铝合金作为轻量化金属的代表有着重要的研究意义。工业上主要通过等径角挤压、异步轧制、累积叠轧等大变形的方式作为改善合金组织，强化合金性能的方法。

异构材料作为一种新兴材料，受到人们的广泛关注，它是由力学性能或物理性能存在明显差异的异质区域组成的复合材料，借助异质区域的相互作用和耦合协同作用，可表现出比传统材料更为优异的性能。其中，累积叠轧工艺就是利用异种材质板料在变形过程中的不对称性，实现较大的变形量，具有细化晶粒明显、充分利用常规轧制设备等优势在生产多层异种金属复合材料中具有重要地位。发明专利CN110125181A公开了一种通过累积叠轧工艺制备稀合金的方法，主要通过将石墨烯附着在金属板材表面，然后通过多道次累积叠轧和退火的方式获得异质复合材料。这种复合材料极大地改善了单一材料的冲击韧性、耐磨损性，但该方法在轧制前需要对金属表面进行酸洗、碱洗、磨削等繁琐的方法来除油除锈，去除氧化皮，创造能够电镀石墨烯的表面质量需求，并且在多道次的轧制后还要进行多次的退火处理，能源消耗较大，仅限于实验室阶段，并不适合追求效率的大规模工业生产，此外，使用后金属的分离回收也是目前亟需解决的问题所在。

目前，铸轧工艺作为短流程生产轻合金板材的方式较为普遍，但这种亚快速凝固的方式让板材不可避免的会产生中心偏析现象，常规的均质处理和退火处理对元素均匀化的影响效果并不明显，因此往往会导致其各部分的性能具有较大差异，从而使板材的实际应用受到限制。

发明内容

为了克服上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种通过非对称累积叠轧工艺制备片层同质异构轻合金板材的方法。轧制前不需任何均质热处理，而是利用轻合金板材自身晶粒尺寸和微观结构的不同，在轧制过程中产生不对称变形，从而形成片层结构，大大缩短了工艺耗时，在保证晶粒细化的前提下，提高了金属的凝固区间，实现材料的强塑性同时提高，解决了铸轧板材的中心偏析现象，且该片层异构材料易回收。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通过非对称累积叠轧工艺制备片层同质异构轻合金板材的方法，包括以下步骤：

1)选择两块或两块以上材质相同，晶粒尺寸或微观结构不同且厚度也不等的轻合金铸轧板材；

2)轻合金板材的表面处理，并把板材按照厚薄的顺序叠在一起；

3)将两块板材紧密贴合后用铁丝或铆钉固定，然后放入加热箱中在200～450℃下保温5～15min；

4)调整每道次压下量，将样品送入轧辊之间进行轧制，并在轧制后立刻水淬；

5)将叠轧后的板材从中间切断；

6)重复步骤2)～5)，3～5次直至获得片层同质异构轻合金板材。

优选地，所选合金为镁、镁合金、铝、铝合金、钛、钛合金等轻合金板材