一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法
2023-06-10 11:33:46
專利名稱：一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料加工領域，具體地說是一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法。
背景技術：
納米金屬材料具有優異的力學、化學和物理性能。在服役環境下，金屬材料的失效多發生在表面，如材料的磨損、疲勞和腐蝕等對表面的結構和性能十分敏感，若在材料表面形成納米結構，可以顯著地提高金屬材料整體的綜合性能和服役行為。大量非專利文獻報導證明，金屬材料表面形成納米結構可顯著提高表面硬度、抗磨損、抗疲勞和抗腐蝕等性能。目前，有多種形成納米結構的專利獲得授權或受理，其中專利CN1336445、 CN1336321、CN1336444、CN1301873和CNM00456的基本原理是，在密閉的容器內利用金屬彈丸以高頻、高速和不同入射角撞擊金屬或工件的表面，使金屬材料表面顯微組織發生往復強烈塑性變形而實現納米化。這些專利的主要問題是處理過程處於密閉的容器內，所處理的工件形狀和尺寸有限。專利CN1410560利用壓縮氣體攜帶硬質微粒轟擊金屬材料表面來形成表面納米結構，該發明可以對複雜形狀或大尺寸工件進行處理，存在問題是表面粗糙度大、處理效率低。上述專利均因處理尺寸有限或效率低而不易在金屬板材上大規模應用。專利CN1978672提出壓力滑動軋製法，通過一對壓力滑動板在金屬板材的表面施加壓應力，使金屬板材表面在通過壓力滑動板時發生強烈塑性變形而實現納米化。該方法能夠在大尺寸金屬板材表面形成納米結構，不足之處是，壓力滑動板施加的壓應力難以準確把握，若壓應力過大，金屬板材容易卡住，並且壓力滑動板與金屬板材的接觸部位易磨損而導致軋制精度下降；若壓應力過小，則難以使金屬板材表面產生強烈塑性變形。
發明內容
發明目的本發明提供一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其目的是解決以往的方法難以用於在大尺寸金屬板材表面製備納米結構的問題。技術方案本發明是通過以下技術方案來實現的—種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於所述方法利用異步軋制的搓軋方式對金屬板材進行多道次軋制從而在金屬板材表面形成納米結構，其具體的操作如下a、選取表面光潔的金屬板材作為基材；b、調整異步軋機的上工作輥與下工作輥的周向速比在1 1.05 1 1.35之間；C、對金屬板材進行多道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反；每一道次壓下量為金屬板材厚度的1 30%。對金屬板材進行軋制時的溫度為10 200°C。「b」步驟中所述的多道次軋制的次數為3 30次。所述異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.28。
「b」步驟中所述的多道次軋制的次數為4 15次。「b」步驟中所述的多道次軋制的次數為12次。優點及效果本發明提供一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於所述方法利用異步軋制的搓軋方式對金屬板材進行相鄰道次軋制方向相反的多道次軋制從而在金屬板材表面形成納米結構，其具體的操作如下a、對金屬板材進行酸洗除鏽作為基材；b、調整異步軋機的上工作輥與下工作輥的周向速比在1 1.05 1 1.35 之間；c、對金屬板材進行多道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反；每一道次壓下量為金屬板材厚度的1 30%。本發明的原理是利用異步軋制上、下工作輥周向速度不同而在板材表面產生的剪切應力，使板材表面晶粒在正壓力誘發細化的基礎上發生進一步細化，經過多道次、軋制方向相反的異步軋制後，板材表面因發生往復強烈塑性變形而形成納米結構。本發明與現有技術的主要區別在於1.本發明可大規模、連續生產具有表面納米結構的金屬板材，且板材表面光亮，這是現有基於彈丸或微粒撞擊原理的處理方法無法實現的。2.本發明不需要任何附加裝置，且所軋制的金屬板材厚度均勻，這是與壓力滑動軋製法的主要區別。該發明利用異步軋制的方法來解決以往方法中存在的問題，其操作簡潔，效果明顯，利於在實際的生產中推廣應用。
圖1為利用本發明的實施例得到的金屬板材表面的投射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明本發明提供一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，所述方法利用異步軋制的搓軋方式對金屬板材進行相鄰道次軋制方向相反的多道次軋制從而在金屬板材表面形成納米結構層，具體實施例如下取厚度為2. 2mm的3% (質量分數)矽鋼熱軋板作為本發明所述的金屬板材進行加工，先將其表面進行酸洗除鏽後，進行本發明的異步軋制。實施例1 a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.05;b、對金屬板材進行多道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反，具體的說就是如果第一道次是板材從左向右軋制，那麼第二道次就是從右向左軋制，以此類推；軋制次數為 30次。C、每一道次壓下量為金屬板材厚度的3. 0%。經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 34nm左右。實施例2:a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.10;b、對金屬板材進行3道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、每一道次壓下量為金屬板材厚度的29. 6%。
經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 82nm左右。實施例3 a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.15;b、對金屬板材進行15道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、每一道次壓下量為金屬板材厚度的6. 2%。經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 38nm左右。實施例4:a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.25;b、對金屬板材進行12道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、每一道次壓下量為金屬板材厚度的7. 5%。經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 45nm左右。實施例5 a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1. ;b、對金屬板材進行8道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、每一道次壓下量為金屬板材厚度的11. 3%。經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 54nm左右。實施例6:a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.35;b、對金屬板材進行25道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、每一道次壓下量為金屬板材厚度的3. 6%。經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 19nm左右。實施例7 a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.15;b、對金屬板材進行15道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、第一至第五道次壓下量為金屬板材厚度的10%，第六至第十道次壓下量為金屬板材厚度的5%，第十一至第十五道次壓下量為金屬板材厚度的2%。經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 34nm左右。實施例8:a、調整異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.30;b、對金屬板材進行20道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反。C、第一至第四道次壓下量為金屬板材厚度的8%，第五至第八道次壓下量為金屬板材厚度的6%，第九至第十二道次壓下量為金屬板材厚度的4%，其餘道次的壓下量均為金屬板材厚度的2%。
經過上述參數的軋制後，表面形成了取向呈隨機分布的納米晶組織，晶粒尺寸在 24nm左右。綜上所述，本發明在金屬板材表面形成納米結構的晶粒尺寸為20 SOnm左右。對金屬板材進行軋制的溫度在10 200°c效果更好。圖1為利用本發明的方法得到的金屬板材表面的透射電子顯微鏡照片。本發明採用異步軋制方法，該方法是一種上、下工作輥周向速度不同的特殊軋制方式，工作輥周向速度不同在金屬板材表面產生剪切應力，使金屬板材在軋制過程中發生表面強烈塑性變形，經過多道次軋制後，板材表面晶粒可細化至納米量級。本發明效果明顯，實用性強，利於實際生產和推廣應用。
權利要求
1.一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於所述方法利用異步軋制的搓軋方式對金屬板材進行多道次軋制從而在金屬板材表面形成納米結構，其具體的操作如下a、選取表面光潔的金屬板材作為基材；b、調整異步軋機的上工作輥與下工作輥的周向速比在1 1.05 1 1.35之間；c、對金屬板材進行多道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反；每一道次壓下量為金屬板材厚度的1 30%。
2.根據權利要求1所述的一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於對金屬板材進行軋制時的溫度為10 200°C。
3.根據權利要求1或2所述的一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於「b」步驟中所述的多道次軋制的次數為3 30次。
4.根據權利要求1所述的一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於所述異步軋機的上、下工作輥的周向速比為1 1.28。
5.根據權利要求3所述的一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於「b」步驟中所述的多道次軋制的次數為4 15次。
6.根據權利要求5所述的一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於「b」步驟中所述的多道次軋制的次數為12次。
全文摘要
本發明提供一種在金屬板材表面形成納米結構的異步軋制方法，其特徵在於所述方法利用異步軋制的搓軋方式對金屬板材進行多道次軋制從而在金屬板材表面形成納米結構，其具體的操作如下a、選取表面光潔的金屬板材作為基材；b、調整異步軋機的上工作輥與下工作輥的周向速比在1∶1.05～1∶1.35之間；c、對金屬板材進行多道次軋制，相鄰道次之間軋制方向相反；每一道次壓下量為金屬板材厚度的1～30％。該發明利用異步軋制的方法來解決以往方法中存在的問題，其操作簡潔，效果明顯，利於在實際的生產中推廣應用。
文檔編號B21B1/22GK102161051SQ20101052436
公開日2011年8月24日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者劉剛, 左良, 莫成剛 申請人:東北大學