一种金属材料的指数轧制方法 【技术领域】
本发明属于金属材料的加工技术领域，特别是提供了一种金属材料的指数轧制方法，更具体的说是关于金属材料的固体合金化和强化的指数轧制方法与该轧制方法的应用。
背景技术
在极端条件下，如超高温、超急冷、超高压等，超大压下量使材料在处于远离平衡的状态，获得一些在平衡状态下难以获到的结构，这已引起了广大材料研究工作者的注意。本发明提出了一种金属材料实现超大压下量的方法，这种方法具有的两个作用是提高强化金属材料的力学性能，并且能够使某些金属材料固体合金化。中国出版的《金属学报》2002年第8期上的“机械合金化制备的Al-Pb-Cu合金结构与摩擦性能”一文中公开了一种机械合金化制备合金的方法，此方法在国内外已经普遍应用。机械合金化作为一种制备高性能合金的新工艺技术就是将欲合金化的元素粉末按一定配比机械混合，在高能球磨机等设备中长时间运转，进行机械研磨，经过反复形变、破裂和冷焊，以达到破裂和冷焊地平衡，最终形成表面粗糙、内部结构精细的超细粉末。至今，利用机械合金化技术已制备出弥散强化的合金、金属间化合物、非晶态合金、准晶、纳米晶过饱和固溶体等各种非平衡材料。但是，机械合金化方法主要通过粉末混合、高能球磨、压制、烧结的复杂过程，存在工艺复杂、产品形状尺寸有限，生产效率低、产品成本高、对塑性好的材料合金化难度较大等缺陷。目前，尚未见到利用指数轧制方法使金属材料固体合金化与强化金属材料提高材料力学性能的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属材料的指数轧制方法，解决了生产效率低、产品成本高、对塑性好的材料合金化难度较大等问题。通过指数轧制实现金属材料的超大压下量，从而提高材料的力学性能。由于本发明能够使金属材料结构以指数的速度由宏观进入微观，所以本发明的方法命名为“指数轧制法”以区别已有的轧制方法。
本发明金属材料指数轧制法主要内容是；
a、将充分退火后的板带状基体材料A与待添加的合金化材料B计算配比，其中B占A、B总量的0.05～1质量％，待添加的合金化材料B可以是粉末也可以是板带。
b、将A材料与将要添加的合金化材料B表面洁净化，并加工硬化(粉体合金化材料不用此步骤)。
c、将材料A、B等分成相同尺寸的3～10块，并将A体材料与合金化材料B间隔叠放在一起，将变形抗力小的金属(或粉体)材料放在内层。
d、真空(或非真空)焊接组装。
e、以每分钟100℃以上的加热速度快速加热金属材料(以强化金属材料为目的需要加热至材料再结晶温度以下0～50℃，以固体合金化为目的，需要加热到金属熔点以下100～300℃。)
f、应用普通轧机轧制材料，压下量大于临界结合压下量(通过计算或试验得到该压下量)。
g、将轧制后的材料均分成相同大小几块，重复a)～f)步骤。
h、直到将材料的厚度轧制到小于原始机体材料的晶粒尺寸为止，轧制次数由材料的原始厚度、每次均分数量决定。由于材料的厚度将以指数速度进入微观状态，所以，此步骤并不困难。
i、将材料进行固溶处理，处理温度与处理时间根据材料的种类确定。
j、若材料A与材料B是同种金属材料则指数轧制法实现金属材料的强化功能。
本发明所述的A为：铝、钢、镁等金属材料，B为铅、碳化硅、氧化铝等合金化强化材料。
本发明的优点在于：
1、将金属材料固体合金化的方法由粉末冶金的方法扩展为金属板带材的指数轧制方法，通过多层循环叠轧与材料的循环组装，实现固体合金化的效果与机理；层面循环出现导致性能循环；不需球磨制粉，机械混合烧结等步骤简化了机械合金化工艺；使材料的固体合金化能够大规模生产；能够制备粉末冶金法难以制备的易氧化金属材料。
2、通过指数轧制实现目前其它方法难以实现的金属材料的超大压下量，从而大幅度提高金属的力学性能，比如，对普碳钢Q235和纯铝经过指数轧制在不加入任何强化元素的情况下其抗拉强度分别由原来的350MPa和90MPa提高到800MPa和200MPa，强化效果显著。
3、省去制粉、球磨、压制、烧结等复杂过程使得金属材料得固体合金化工艺简单、应用范围更广、成本更低、生产效率大幅度提高、突破了产品尺寸的限制。
【具体实施方式】
下面通过本发明的实例，可以对本发明作进一步的了解。
例1指数轧制法用于制备铝铅互不溶合金，具体工艺如下：
(1)将2mm厚的铝板充分退火，丙酮脱脂，酸洗去除铝板表面的氧化膜，将铝板与铅的接触面表面硬化，将0.1mm厚铅板表面清洗干净。
(2)铝板与铅板间隔叠放共五层，铝板占据上下表面
(3)将组装后的材料进行周围焊接密封
(4)用加热炉加热到200℃，保温30分钟，立即用轧机轧制，第一次压下量60％
(5)将获得的材料均分成四块，重复以上步骤，压下量75％，循环7次。
(6)将获得的材料充分固溶，即得到铝铅合金材料。
例2指数轧制法强化铝合金
将例1的其它步骤与参数不变，将其中的铅带换为200目以上的微量碳化硅粉末，加入量为每平方米表面均匀涂抹碳化硅粉末3克，加入过多结合性能不好；加热温度500℃，保温60分钟，循环10次。
例3指数轧制法制备超细晶高强度普碳钢板
(1)取充分退火态普碳钢板，表面脱脂、酸洗去除油污及氧化膜；
(2)将钢板均分成尺寸相同的四块；
(3)应用钢丝刷将钢板表面加工硬化；
(4)四块钢板叠合在一起；
(5)焊接组装，将叠合的钢板周围焊接密封；
(6)用加热炉，将组装好的钢板加热致600℃保温30分钟；
(7)应用普通热轧机轧制两次，第一次压下量50％，第二次压下量50％；
(8)低温退火60分钟，退火温度300℃；
(9)将所得材料均分成四块重复以上步骤5次；
例4将例3其它工艺与参数不变，将“钢板加热致600℃保温30分钟”改为“钢板加热致550℃保温60分钟”将“压下量48％”改为“压下量58％”则材料的制备难度加大，但是，所得材料的性能更好。