一种降低梯度结构金属板表面粗糙度的方法与流程

本发明涉及一种降低梯度结构金属板表面粗糙度的方法，属于材料加工
技术领域：
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背景技术：
：表面纳米化技术主要是采用简单的动力装置，为数量众多的硬质小金属圆球提供足够的动能，让圆球以一定速度连续不断地撞击被加工样品表面，使样品表面一定深度区域的材料发生剧烈塑性变形，进而使得样品表面形成一定厚度的细化组织层。表面纳米化技术利用高能喷丸对金属材料的表面进行机械处理，使其沿厚向获得纳米晶/超细晶及粗晶层的梯度组织，克服了目前三维大尺寸纳米晶体材料制备的技术困难，又将纳米材料的优异性能应用到了传统工程材料的表面改性技术中，具有很大的工业应用价值。但由于加工过程中喷丸速度快，击打能量较高，经处理后的材料表面会出现粗糙度变大的问题，这将大大影响表面纳米化板材的表面质量，增加后续加工工艺成本。轧制变形是一种常见的压力加工方式，这种变形是在轧机上操作，将金属样件通过一对旋转轧辊的间隙(各种形状)，因为受到轧辊的压缩使材料截面减小、长度增加，这也是生产金属板材最常用的生产方式。中国专利申请201410078163.1通过对镍系不锈钢光亮板进行轧制参数的控制来降低成品带钢材表面的粗糙度，抛丸后再进行酸洗、浸泡等多道次工艺操作后再行轧制，然而轧制总变形率不低于70％，变形量太大，可能会破坏原有的组织。技术实现要素：针对现有技术中高能喷丸后金属板材表面粗糙度较高、轧制变形后难以保持硬度梯度及梯度组织的问题，本发明提供了一种降低梯度结构金属板表面粗糙度的方法，对高能喷丸表面纳米化处理后的金属板材采用可控的轧制变形，降低样品表面粗糙度的同时保持原有高能喷丸处理后样品的硬度梯度效果、细晶/纳米晶组织，保留原有的加工硬化、细晶强化，确保表面纳米化板材的强度与塑性得到更好的匹配，提高了板材表面的质量。本发明的技术方案如下：一种降低梯度结构金属板表面粗糙度的方法，首先对表面清洁的金属板材进行高能喷丸表面纳米化处理，然后对表面纳米化处理后的板材进行轧制，轧制压下量为12％～30％。本发明中所述的金属板材为本
技术领域：
常用的金属板材，可为纯金属或合金板材， 可选自铝板或铜板。优选地，所述的高能喷丸表面纳米化处理采用3～5mm的钢丸，转速为25m/s，处理时间为15～30min。优选地，所述的轧制过程中的轧制速度为5～40m/s。本发明中的轧制压下量的计算公式为：轧制压下量(％)＝(轧前厚度-成品厚度)×100％。本发明对表面纳米化处理后的金属板材进行可控的轧制变形，控制轧制压下量在12％～30％范围内，使得轧制过程中板材表面凸起部分在进入轧辊后被压扁、扩充至凹坑处，因变形量控制得当，引入的位错还不足以使样品表面组织发生回复、再结晶，相应的温升也不明显，因此轧制后金属板材沿厚向的硬度最大值并未出现大幅下降，可保持原有高能喷丸处理后样品的硬度梯度效果、细晶或纳米晶组织，保留原有的加工硬化、细晶强化等，同时降低板材的粗糙度，提高表面质量。本发明工艺简单，无污染，易操作，适合于大规模批量化生产，制备的金属板材具有表面粗糙度较低兼具高性能的梯度组织结构，满足实际应用的需求。附图说明图1为粗晶铝(cg)、高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板(rasp)及喷丸加轧制处理后的铝合金板(rasp+roll)的截面硬度梯度分布图。图2为高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板(a)及喷丸加轧制处理后的铝合金板(b)的截面透射电子组织图。图3为粗晶铜(cg)、高能喷丸表面纳米化处理后的铜板(rasp)及喷丸加轧制处理后的铜板(rasp+roll)的截面硬度梯度分布图。图4为高能喷丸表面纳米化处理后的铜板的截面透射电子显微镜图。图5为喷丸加轧制处理后的铜板的截面透射电子显微镜图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。实施例1①切割：制备一块厚度为10mm的退火态6063铝合金板，保证上下底面平行；②表面清洁：常温，使用酒精等有机溶剂去除板材上下两面的油脂。③表面纳米化处理：选择5mm的gcr15的钢丸。高能喷丸设备转速25m/s，处理时间15min。④平辊轧制： 两辊四辊联轧机(两辊φ400mm×350mm；四辊冷轧：φ100mm/φ380mm×350mm)。对表面纳米处理后的板材，进行轧制，保持较小的道次变形量，总变形量12％，4道次，轧制速度为5m/s。样品厚度依次从10mm，到9.5mm，到9.0mm，到8.8mm。⑤实验数据对比参考：测最高硬度、硬度梯度、表面粗糙度等性能指标及组织，如表1及图1和图2所示。表1粗晶铝、高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板及喷丸加轧制处理后的铝合金板的粗糙度与最高硬度粗晶铝高能喷丸高能喷丸+轧制12％粗糙度ra/μm22.1168.543.0最高硬度/hv0.232.666.257.0图1为粗晶铝(cg)、高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板(rasp)及喷丸加轧制处理后的铝合金板(rasp+roll)的截面硬度梯度分布图。从图1可以看出，高能喷丸后表层硬度提高，整个硬度呈梯度分布，轧制后表层硬度稍微降低，但仍比基体硬度高，所以仍呈梯度分布。图2为高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板(a)及喷丸加轧制处理后的铝合金板(b)的截面透射电子组织图。图2的组织图也可清楚观察出喷丸加轧制处理后，原有的梯度组织特征仍较为明显。实施例2①切割：制备一块厚度为4.7mm的退火态99.99wt％纯铜板，保证上下底面平行；②表面清洁：常温，使用酒精等有机溶剂去除板材上下两面的油脂。③表面纳米化处理：选择3mm的gcr15的钢丸。高能喷丸设备转速25m/s，处理时间30min。④平辊轧制：两辊四辊联轧机(两辊φ400mm×350mm；四辊冷轧：φ100mm/φ380mm×350mm)。对表面纳米处理后的板材，进行轧制，保持较小的道次变形量，总变形量30％，7道次，轧制速度为40m/s。样品厚度从4.7mm降至3.3mm。⑤实验数据对比参考：测最高硬度、硬度梯度、表面粗糙度等性能指标及组织，如表2及图3和图4所示。表2粗晶铜、高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板及喷丸加轧制处理后的表面纳米化处理后的铜板的粗糙度与最高硬度粗晶铜高能喷丸高能喷丸+轧制30％粗糙度ra/μm7.0110.115.0最高硬度/hv0.276118123图3为粗晶铜(cg)、高能喷丸表面纳米化处理后的铜板(rasp)及喷丸加轧制处理后的铜板(rasp+roll)的截面硬度梯度分布图。从图3可以看出，高能喷丸后表层硬度提高，整个硬度呈梯度分布。轧制后表层硬度稍微降低，但仍比基体硬度高，所以仍呈梯度分布。图4为高能喷丸表面纳米化处理后的铜板的截面透射电子组织图，图5为喷丸加轧制处理后的铜板的截面透射电子组织图，从图4和图5的组织图也可清楚观察出喷丸加轧制处理后，原有的梯度组织特征仍较为明显。实施例3①切割：制备一块厚度为12mm的退火态6063铝合金板，保证上下底面平行；②表面清洁：常温，使用酒精等有机溶剂去除板材上下两面的油脂。③表面纳米化处理：选择5mm的gcr15的钢丸。高能喷丸设备转速25m/s，处理时间15min。④平辊轧制：两辊四辊联轧机(两辊φ400mm×350mm；四辊冷轧：φ100mm/φ380mm×350mm)。对表面纳米处理后的板材，进行轧制，保持较小的道次变形量，总变形量50％，8道次。样品厚度从12mm，轧到6mm。表3粗晶铝、高能喷丸表面纳米化处理后的铝合金板及喷丸加轧制处理后的铝合金板的粗糙度与最高硬度粗晶铝高能喷丸高能喷丸+轧制50％粗糙度ra/μm22.1168.522.0最高硬度/hv0.232.666.254.0如表3所示，高能喷丸后硬度提高，经轧制处理后表面粗糙度大降低，但最高硬度略有下降。同时高能喷丸后的硬度梯度组织基本已被破坏掉，硬度从表面至心部基本保持一致，再无明显梯度分布。当前第1页12