特种轧制技术原理及其提高细晶材料性能

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主要内容
1. 细晶材料制备技术概述
2. 特种轧制技术及复合工艺
     2.1 异步轧制技术
     2.2 深冷轧制技术
     2.3 深冷异步轧制技术
     2.4 交叉累积叠轧技术
     2.5 多层累积叠轧技术
     2.6 等通道挤压+轧制复合工艺
     2.7 高压扭转+轧制复合工艺
     2.8 累积叠轧+轧制复合工艺
3. 提高细晶材料的韧性主要机理
4. 未来值得重视的研究领域

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在超细晶材料制备方法中，常见的方法主要有等通道挤压、高压扭转、扭曲挤压、累积叠轧。图1到图3所示为等通道挤压、高压扭转、扭曲挤压三种方法。这三种方法目前主要用来研究细晶形成的机理。他们的主要原理相同，都是在变形过程中通过大的剪切变形促使晶粒细化。这三种方法虽然得到广泛关注，但是，目前而言，主要用在小尺寸的工件上，现在也已经有一些微小试样的制备。图4所示为累积叠轧示意图。该工艺为将一块板材加工切割成两段，然后表面处理后进行轧制。这种方法由日本东京大学的tsuji教授发明，也得到了很多科研人员的关注。这种方法的主要缺点就是轧件边裂较多，同时复合界面质量很难控制。

这四种方法有一个共同的特点，就是他们理论上可以进行无限道次的变形。然而，现在的很多研究表明，对于绝大部分金属材料，当等效应变超过4左右时，材料的强度不再增加，反而出现软化行为。也因此，现在开发的塑性变形方法思维也有一些转变。同时，由于上述四种方法，在过去20多年间得到广泛的关注，在本报告中不再详细介绍。

这里介绍的第一种轧制方法为异步轧制。异步轧制的方式有很多种，就应用而言，主要有图5所示的两种，一种为两个工作辊的轧辊辊径，另一个为工作辊的辊速不相同。和常规轧制相比，异步轧制过程中，轧件不只是承受了垂直轧制方向的压应变，同时轧制变形区内承受剪切变形。而这个剪切变形能够促使晶粒细化。当然，异步轧制过程中，对于不同的工艺参数，材料的性能相差很大。从这个图可以看出，普通轧制过程可以简单分为前划区和后划区，在异步轧制过程中，存在一个搓轧变形区。随着轧辊辊径比或者辊速比的增加，搓轧区增加。

异步轧制有很多优点，应该说，这是一种有工业应用前景的技术。相对于常规轧制而言，他能够实现轧件更加薄。通过实验研究，发现当异速比为1.3时，轧件的最小可轧厚度仅为常规轧制的三分之一。而在这个异速比情况下，如果加上前后张力，可以获得良好的板型。与此同时，在前年，于庆波等采用异步轧制生产了极薄铜带，轧件的延伸率达到了43600%。值得说明的是，在他们的工艺中，轧件没有经过任何的热处理。