【摘 要】
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晶粒细化是提升金属材料综合性能的重要方法之一,剧烈塑性变形方法可大幅细化晶粒,提升材料性能,受到学者们的广泛关注。然而,现有变形方法在制备大规格细晶材料以及规模化生产和应用方面还存在一些困难。本文采用自行研发的连续等厚挤压设备,对纯铜和纯铝带材进行了多道次剧烈变形实验,研究了不同变形道次、不同模具参数以及热处理制度对纯铜带材微观组织和性能的影响,对制备细晶或超细晶金属板带材的技术研发及其工业化应用
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晶粒细化是提升金属材料综合性能的重要方法之一,剧烈塑性变形方法可大幅细化晶粒,提升材料性能,受到学者们的广泛关注。然而,现有变形方法在制备大规格细晶材料以及规模化生产和应用方面还存在一些困难。本文采用自行研发的连续等厚挤压设备,对纯铜和纯铝带材进行了多道次剧烈变形实验,研究了不同变形道次、不同模具参数以及热处理制度对纯铜带材微观组织和性能的影响,对制备细晶或超细晶金属板带材的技术研发及其工业化应用具有重要意义。本文选用2 mm厚的T2工业纯铜和1060工业纯铝带材作为研究对象,研究了铜铝带材在等厚挤压变形以及热处理过程中微观组织与性能的变化规律。通过本文研究获得如下主要结果:（1）采用不同变形量的模具对纯铜进行等厚挤压变形后晶粒的细化程度有所不同。纯铜带材在采用通道夹角125°的模具（单道次变形量为0.57）变形时可进行16道次连续等厚挤压。变形后横、纵截面尺寸分别由11.57 μm和18.17μm细化至5.92μm和7.88μm;采用通道夹角120°的模具（单道次变形量为0.635）时可进行5道次等厚挤压变形,变形后横、纵截面尺寸分别由9.63 μm和11.73 μm细化至5.73 μm和5.95 μm,硬度由104.83 Hv 提升到 142.24 Hv。（2）等厚挤压变形可以有效细化纯铝带材的晶粒,采用通道夹角120°的模具对纯铝带材可进行3道次变形,变形后横、纵截面尺寸分别由47.57μm和46.23μm细化至24.12μm和26.19 μm,同时,硬度由64.08 Hv提升到81.27 Hv。（3）多段高温短时的分段退火方案有助于进一步细化晶粒。其中经通道夹角125°的模具变形6道次的纯铜试样在采取420℃ ×（1+1+1）min的方式处理后,横截面平均晶粒尺寸由退火前的6.61 μm变为6.19 μm,纵截面的平均晶粒尺寸由退火前的11.35μm变为7.81 μm,且更加均匀,各向异性的程度得到一定改善。（4）变形后金属的拉伸性能得到提高,其中采用通道夹角120°的模具变形4道次采取350℃ ×（1+1+1）min的方式退火后纯铜试样的抗拉强度由未变形时的247.78 MPa提升到324.56 MPa,屈服强度由160.81 MPa提升到310.35 MPa;采用通道夹角1200的模具变形3道次经250℃ ×（1+1+1）min退火后纯铝试样的抗拉强度由未变形时的抗拉强度由65.96 MPa提升到193.26 MPa,屈服强度由45.36 MPa提升到181.16 MPa。（5）变形过程中是否对金属带材施加张力对变形后的组织形貌影响不大。本文的研究工作表明本文提出的等厚挤压变形可以有效细化晶粒并提升材料的强度,对于探索金属带材细化的工业加工、细晶材料的热处理工艺探究具有重要的参考价值和理论研究价值。
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