深冷轧制制备高性能金属材料研究进展

深冷轧制制备高性能金属材料研究进展

文仕伟

身份证号：43042119800515371X

摘要:相较于原来的热轧、温轧和冷扎方法来说，深冷轧制属于一种改革性科技术，其用部分金属材料于深轧条件下具备良好的塑形变形性能和深冷环境限制塑形变形阶段错位运动与再结晶行为，使得原料晶粒细化，原料具备较高的强度和韧度。文章系统分析了近几年深冷轧制加工高性能金属物料的探究进展，涉及深冷轧制于铝合金、铜合金以及钛合金等方便的使用，最后对深冷轧制加工高性能金属物料的探究展开了展望。

关键词：深冷轧制工艺；高性能；金属物料；探究进展

金属物料的深冷机械能力

材料于深冷状态下的力学性能和室温状态下的力学性能存在明显差别。针对部分材料，像管线钢与橡胶材料于深冷状态下会从韧性材料变为脆性材料，当外部应力超过材料屈服力时材料将会脆性断开。但是，针对另一部分金属物料，像铝合金、铜合金以及钛合金等，其在深冷状态下具备比室温更好的强度和韧性，图1是室温与深冷状态下6061铝合金、纯铜以及高锰钢这几种材料的应力应变图。基于这类材料的深冷物理特性，对其展开深冷轧制既不会出现裂纹问题，也能够得到比热轧与冷轧更好的机械能力。

2、高性能金属原料加工中深冷轧制工艺的使用

2.1加工铝合金原料

6061铝合金原料于深冷条件下具备比室温条件下更好的强度和塑形，所以，深冷轧制被普遍用来加工超细晶铝合金原料。结合现有探究报道，针对绝大多数铝合金，其经过深冷轧制处理后的力学能力都大于冷轧处理后的力学能力，具体原因在于铝合金深冷轧制环节晶粒大小会明显削减。针对室温异步轧制加工的纯铝带材，其材料大小是500nm，但采取深冷异步轧制加工的纯铝带材，其材料大小削减至220nm。

针对大塑性变化工艺加工的超细晶金属原料，通常伴随材料强度的提升而产生韧性减小情况，但是，深冷成形可以同时提高材料强度和韧度。大量研究显示，深冷轧制加工的铝合金原料的韧度也超过冷轧加工的铝合金原料。深冷轧制加工的超细晶金属带材存在良好的工业化发展前景。

2.2加工铜合金原料

超细晶金属铜存在良好的力学性能、导电性能和防疲劳性能，原来一段时间获得学术界与工业界的普遍关注。铜与铜合金于室温条件下有着良好的延展率，但是，深冷条件下铜合金具备比室温条件下更好的强度与韧性，所以，深冷轧制同样被普遍用于加工超细晶铜合金[1]。于室温拉伸环节，深冷轧制加工的超细晶铜带材产生了晶粒扩大和晶粒细分的协调变化效应。有些晶粒细化提升了强度，有些晶粒扩大提升了材料韧度，进而有效诠释了深冷轧制加工超细晶铜高强度韧度的主因。当退火温度＜100℃时，深冷异步轧制加工的高纯铜带材机械能力更为稳固，具备良好的热稳固性。

2.3加工钛合金原料

超细晶钛合金在原来一段时间引起了学术界的普遍关注,尤其是超细晶钛合金于超塑性变化、医疗仪器等方面有着良好的发展前景。钛合金属于HCP结构,它的室温塑性变化性能小于其深冷条件下的塑性变化性能。深冷轧制加工钛合金可以有效增强其机械能力[2]。深冷轧制可以明显细分钛合金晶粒,它的晶粒大小和深冷轧制环节等效应变呈线性关系减小,当等效应变为2.3时,晶粒大小从5.5 cm细分至17nm。当选择冷轧工艺时,钛合金最高真应力可以达到1000 MPa ,而选择深冷轧制时,钛合金最高真应力可以高达1200 MPa，与冷轧工艺对比，最高真应力上升了20%。而且,与冷轧工艺加工的材料比较,深冷轧制加工的材料且韧性得到明显提升。深冷轧制与冷轧的钛带材力学能力不同，是由于深冷轧制完成后材料内孪晶的大小与孪晶距离明显缩小。对深冷轧制与冷轧加工的钛带材放在不同温度条件下进行热处理,得知深冷轧制加工的钛带材细微组织更为稳固。

3、结论及研究展望

和橡胶等材料不一样，大量金属材料于深冷条件下具备比其在室温条件下更好的塑形变化性能，所以，能够利用深冷轧制工艺对其展开处理。深冷轧制环节，因为超低温限制错位运动使得晶粒细化，因此能够明显提高铝合金、铜合金和钛合金等金属原料的晶粒细化质量，且提高材料的力学能力，尤其是针对金属纯铜材料，使用深冷轧制工艺还能够提升材料的热稳固性，保证材料强度、韧度以及热稳固性的统一提升[3]。而且，针对部分金属材料，于大塑形变化环节，当应变量大于特定系数时会出现软化情况，有效把深冷轧制和其他大塑形变化工艺相统一，能够限制材料的软化现象，由此不断提高材料质量。

当前，对深冷轧制生产的金属物料的全服役性能探究还存在许多问题，人们重点关注深冷轧制加工材料的力学属性，但是针对材料的防腐能力、防疲劳能力、防摩擦磨损能力等材料应用阶段的服役性能探究尚待增强，这也制约着这项技术的大范围工业化运用，今后需要对于材料的全服役能力进行系统性探究

[4]。而且，如今深冷轧制重点用在铝合金、铜合金以及钛合金等材料中，针对其他高性能金属物料，像中熵合金以及高熵合金等物料值得进行深度探究。针对深冷扎制加工复合层状物料，得知该工艺能够提高材料的机械能力，但针对材料界限融合强度等提高的机理，还应当进行深度探究。

最后，对于深冷轧制方法，如今的深冷轧制温度几乎是液氮温度，针对最佳的深冷轧制温度仍然要探究。深冷轧制相较于热扎、温轧以及冷扎而言，属于一项改革性技术，伴随研究持续深化，将会出现大量颠覆性创造探究成果。伴随AI技术、机器人等产品加工技术的不断进步，深冷轧制方法会占据金属原料生产制备的下一个主要阵地。

参考文献:

[1]中南大学.一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法.2018-08-24.

[2]中南大学.一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法.2019-01-15.

[3]中南大学.一种制备极薄高性能多层铜/铜铝金属间化合物/铝复合箔材的方法.2019-01-11.

[4]中南大学.一种提高复合金属材料界面焊合的复合轧制工艺.2018-07-20.