专利名称：一种制备超细孪晶铜的大塑性变形方法
技术领域：
本发明属于材料塑性加工技术领域，具体涉及一种大变形异步叠轧制备超细孪晶材料的方法。
背景技术：
超细晶材料具有独特的细小晶粒及闻密度晶界特征，表现出闻强度和良好的朝性、耐磨性等一系列优异的性能，使超细晶材料成为国内外研究的热点。孪晶界是一种低能共格晶界，在塑性变形过程中它能像常规晶界一样有效地阻碍位错运动，具有和常规晶界相似的强化作用，同时它又可以作为位错的滑移面吸收大量的位错而有利于塑性变形。孪晶强化现已被国际上公认为是一种材料强化的新途径，通过引入大量孪晶界可以大幅度提高材料的强度而对其导电性无明显影响。超细/纳米孪晶铜由于具有微小特殊的细晶晶界结构而成为航空、机械、电器仪表、化工等工业部门中的重要原料，应用前景极其广阔，而且它还将对超导磁铁技术、电力传输系统、机电装备及微机电系统等相关领域产生重要推动，也将对超细晶/纳米晶材料技术的发展产生重要影响。经对国内外公开发表的相关文献检索发现，目前制备超细晶/纳米孪晶铜的方法主要有脉冲电沉积法、塑性变形法、磁控溅射法等。例如中科院金属所的卢柯(参见Lu L, Chen X, Huang X, Qian L, Lu K. Ultrahigh strength and high electricalconductivity in copper [J]. Science, 2004 (304) : 422-426.)米用脉冲电沉积方法制备出了高密度的纳米孪晶铜，其拉伸屈服强度可达900MPa，断裂强度高达1068MPa (约为普通纯铜的10倍以上)，并具有与无氧高导铜相当(97% IACS)的室温电导率；卢秋虹(参见卢秋虹，赵伟松，隋曼龄.液氮温度下动态塑性形变法制备的纳米孪晶铜结构的研究[J]·金属学报，2006，42(9) :909-913·)采用动态塑性变形发成功制备了纳米孪晶铜；M. D. Merz (参见 Merz M D, Dahlgren S D. Tensile strength and workhardening of ultrafine-grained high-purity copper[J]. Journal of AppliedPhysics, 1976,46 (8) : 3235-3237.)采用磁控溅射法制备了纳米孪晶铜，发现孪晶界可有效阻碍位错运动。但是这些方法都较难实现工业化大规模生产超细晶/纳米晶孪晶铜。早在1998年，日本学者Saito Y提出了采用累积复合轧制法制备大块体薄板超细晶金属材料的大塑性成形技术，该方法被成功的应用于铜及铜合金、铝合金、IF钢和层状复合材料等，广泛应用于航空航天、汽车层状材料的生产。异步叠轧法是20世纪90年代在累积叠轧技术和异步轧制技术基础上发展起来的一种降低轧制压力、提高板带加工效率的超细晶材料制备方法。与累积复合轧制法相比较，异步叠轧法由于变形区内存在搓轧变形而强烈的促进了材料在塑性变形过程中材料界面的复合和晶粒的细化。经过进一步检索，尚未发现利用异步叠轧技术制备超细孪晶材料。
发明内容
本发明首次提出一种制备超细孪晶铜的大塑性变形法一异步叠轧法(Asymmetrical Accumulative Rolling Bonding, AARBX本发明是通过下列技术方案实现一种制备超细孪晶铜的大塑性变形法，包括异步叠轧步骤及其后的热处理退火工艺，经过下列工艺步骤
(1)原材料的制备根据实际的长宽需要切取铜板材，厚度取O.5 2. 5mm ;
(2)均匀化退火将步骤(I)所得原材料在350 600°C下保温退火I 2.5小时，再随炉冷却进行均匀化退火，以获得均匀的组织和减少材料内部的残余内应力；
(3)表面打磨由于均匀化退火后材料表面氧化严重，会影响界面的复合，将步骤(2)均匀化退火后材料的表面进行打磨，然后用电吹风将表面的残余铜粉及杂质吹尽；
(4)异步叠轧变形将步骤(3)打磨后的材料两片对齐堆叠，然后将沿长度方向的其中一端固定并打磨出倾斜度，便于轧机咬入，再进行异步轧制；随后将轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再进行表面打磨，然后将两块材料堆叠，再进行异步轧制，如此重复6 10 道次；期间，在异步轧制过程中每叠轧两道次后，在退火温度为100 150°C下保温30 60min进行去应力退火一次，主要是为了减少纯铜的宏观内应力；此步骤在保持铜带材的前提下，依靠异步叠轧过程中的剪切应力和累积应变效应促进材料内部的堆垛错排、晶粒的细化及界面的复合，为热处理退火过程孪晶组织的形成提供大量的潜在动力；
(5)退火将步骤(4)异步叠轧后的板材放在热处理炉中，在100 250°C条件下保温5 120min，以消除加工过程的残余应力，在回复或再结晶退火过程中进行晶界优化，通过退火过程中位错的滑移和攀移，使局部点阵和晶界面取向变动，促进退火过程中孪晶的形成，然后随炉冷却至室温取出，即得到超细孪晶铜材。所述步骤(3)的打磨是用钢丝轮刷顺着长度方向进行打磨，边打磨边观察，直至表面起毛粗糙，反光均匀为止。所述步骤(4)的倾斜度为25 35°。所述步骤(4)的异步轧制的异步比为I. 08 I. 15、压下率为50%。本发明方法具有以下明显优势本发明采用大变形异步叠轧技术辅以退火热处理，依靠异步叠轧过程中的剪切应力和累积应变效应促进材料内部的堆垛错排和晶粒的细化，再通过退火热处理工艺促进孪晶的形成，为金属材料的强化技术的深入研究提供一种新的连续制备方法。本发明保持了在加工前后材料的形状及尺寸未发生变化，克服了常规轧制制备板材厚度方向上总应变的限制，增大了变形量，提高了产品表面的质量，具有生产率高，工艺简单，可以生产大尺寸的金属板材，易于实现工业化生产。(I)大变形异步叠轧技术具有生产率高，可以生产大尺寸的金属板材，容易实现工业化生产；
(2)大变形异步叠轧技术克服了常规轧制制备板材厚度方向上总应变的限制，降低了轧制力，增大了变形量，提高了产品表面的质量；
(3)工艺简单，成本低，降低能耗，无污染，实现了在较少道次的异步叠轧辅以退火热处理后即可获得均匀的超细孪晶铜。
图I为实施例I均匀化退火后纯铜试样光学组织形貌；
图2为实施例I经6道次异步叠轧后纯铜试样轧制面的显微组织图；图3为实施例I经6道次异步叠轧后纯铜试样纵截面光学组织图；图4为实施例I经6道次异步叠轧后纯铜试样在190°C条件下退火45min后的透射电镜显微组织图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例I(I)原材料的制备切取T2纯铜板材，长取300mm、宽取25mm、厚度取Imm ;该T2纯铜板材的含量见下表I :表I
权利要求
1.一种制备超细孪晶铜的大塑性变形法，其特征在于包括异步叠轧步骤及其后的热处理退火工艺，经过下列工艺步骤 (1)原材料的制备根据实际的长宽需要切取铜板材，厚度取O.5 2. 5mm ; (2)均匀化退火将步骤(I)所得原材料在350 600°C下保温退火I 2.5小时，再随炉冷却进行均匀化退火； (3)表面打磨将步骤(2)均匀化退火后材料的表面进行打磨，然后将表面的残余铜粉及杂质吹尽； (4)异步叠轧变形将步骤(3)打磨后的材料两片对齐堆叠，然后将沿长度方向的其中一端固定并打磨出倾斜度，再进行异步轧制；随后将轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再进行表面打磨，然后将两块材料堆叠，再进行异步轧制，如此重复6 10道次；期间，在异步轧制过程中每叠轧两道次后，在退火温度为100 150°C下保温30 60min进行去应力退火一次； (5)退火将步骤(4)异步叠轧后的板材在100 250°C条件下保温5 120min，然后随炉冷却至室温取出，即得到超细孪晶铜材。
2.根据权利要求I所述的制备超细孪晶铜的大塑性变形法，其特征在于所述步骤(3)的打磨是顺着长度方向进行打磨，边打磨边观察，直至表面起毛粗糙，反光均匀为止。
3.根据权利要求I或2所述的制备超细孪晶铜的大塑性变形法，其特征在于所述步骤(4)的倾斜度为25 35°。
4.根据权利要求I或2所述的制备超细孪晶铜的大塑性变形法，其特征在于所述步骤(4)的异步轧制的异步比为I. 08 I. 15、压下率为50%。
全文摘要
本发明提供一种制备超细孪晶铜的大塑性变形法，包括异步叠轧步骤及其后的热处理退火工艺，经过原材料的制备、均匀化退火、表面打磨、异步叠轧变形退火后，即得到超细孪晶铜材。本发明采用大变形异步叠轧技术辅以退火热处理，依靠异步叠轧过程中的剪切应力和累积应变效应促进材料内部的堆垛错排和晶粒的细化，再通过退火热处理工艺促进孪晶的形成，为金属材料的强化技术的深入研究提供一种新的连续制备方法。本发明保持了在加工前后材料的形状及尺寸未发生变化，克服了常规轧制制备板材厚度方向上总应变的限制，增大了变形量，提高了产品表面的质量，具有生产率高，工艺简单，可以生产大尺寸的金属板材，易于实现工业化生产。
文档编号C22F1/08GK102925832SQ20121042685
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者王军丽, 刘润, 周蕾, 史庆南, 黄启祥 申请人:昆明理工大学