目前,可以使用轧制、挤压、焊接、剧烈塑性变形等技术制备复合管。其中,剧烈塑性变形技术(SeverPlasticDeformation,SPD)是一种新兴的塑性变形方法,其与传统塑性变形相比,应变量更大,细化晶粒效果更好,可以用以制备具有塑性和强度较高的微纳米材料。目前,SPD用于制备复合管材得到迅速发展,其产生的大变形,可以获得具有超高强度和晶粒及其细小的复合材料[3],可有效的用于细晶材料的制备[4]。目前主要研究方法有累积叠轧焊技术(AccumulativeRoll-bonding)[5]等径角挤压(EqualChannelAngularPressing)[6]、高压旋转(HighPressureTorsion)[7]、管高压扭转法(HighpressureTubeTwisting)[8]、和管高压剪切变形(TubeHighPressureShear)[9;10]等工艺。通过这些工艺方法使金属材料发生剧烈塑性变形,高强度应变使材料内部晶粒破碎,晶粒尺寸细化,可达到微纳米级别,同时提高性能[11-13]。
1.1.1 累积叠轧技术(AccumulativeRoll-bonding)
如图1.1,累积叠轧技术(ARB)[5]是将两块经表面处理后的薄板的新鲜表面接触后进行叠轧,利用金属摩擦力使两块板材轧制复合,反复操作,使得材料组织细化,同时提高力学性能。ARB技术的成本较低,生产率较高,其工艺简单,适用于大尺寸材料,同时金属薄板在几何形状上的变化几乎不会发生。但是其仍具有一些缺点:一、该技术在制备尺寸较大的板材时具有很好的效果,但其总应变在厚度方向有约束,当轧制压下量增加,厚度会减小;二、由于ARB产生的变形是在单向压应力下完成的,使材料产生明显的各向异性而导致最终得到不均匀组织;三、该技术只可实现板状材料制备。
1.1.2 等径角挤压变形法(EqualChannelAngularPressing)
等径角挤压变形技术(ECAP)[6]可用于超细晶材料的制备,多用于块体材料。其原理[10]是利用积累到一定程度的剪切应变来细化晶粒,从而有利于材料性能的提高。此法的优点在于试样的横截面在挤压前后不发生变形,但是此法对实验设备要求较高,一般只能实现体积较小的块状材料的制备,通常不用于制备大型板材。同时其生产效率不高,不可用于机械化生产,同时对于低塑性材料的加工较困难,会发生开裂的现象[14]。
1.1.3 高压扭转法(HighPressureTorsion)
高压扭转法(HPT)[7]是一种既有压缩又有扭转的变形方法。其轴向受压缩,同时横截面方向有扭转,将摩擦力变为动力,试样同时受到扭转和压缩变形[15;16]。目前,HPT由于在晶粒细化方面的潜力而倍受关注。经HPT获得的试样,中心组织得到了细化,整体组织趋于均匀化。但其只能生产一些体积较小的细晶材料,大规模的工业化生产难以实现[17]。
1.1.4 管高压扭转法(HighpressureTubeTwisting)
管高压扭转法(HPTT)[8]是由HPT延伸而来,其原理是将管状试样紧固于挤压芯轴与外部刚性圆盘之间,芯轴受压而变形,芯轴对管状试样有一个约束,从而发生挤压变形,再通过外部刚性圆盘的旋转产生摩擦力,从而使材料完成剪切变形,细化晶粒。该方法利用小角度旋转完成对材料的大变形,可有效实现材料强化,但只有芯轴承受很大的外来压力才能形成足够的摩擦力完成变形,而巨大的压力会使芯轴寿命减短,使用次数减少,成本提高。
1.1.5 管高压剪切变形(TubeHighPressureShear)
管高压剪切变形(t-HPS)[9;10]是材料加工领域的新工艺。其工作原理如图1.2所示。工作时,管状试样径向置于刚性圆盘与芯轴之间,为了使试样在其在加工过程中不发生局部滑移,需加大外载荷从而使管壁受到足够的静水压力,使试样与芯轴和刚性圆盘之间相互挤压,产生足够高的摩擦力。再旋转外部的刚性圆盘,在管壁发生剪切变形。与HPTT在芯轴施加压力不同,t-HPS是利用存在于试样与芯轴和刚性圆盘之间的压力产生摩擦来完成材料的剪切变形。其操作简单,理论上再大的应变量也可以通过一次操作来完成,而且其可以解决SPD法在制备超细晶粒材料时的各种约束条件,同时材料内部有足够高的静水压力,还可以使各种材料,包括在硬度、塑性等方面存在限制的难以加工的金属完成复合。因此该方法在制备薄壁复合管材方面具有极大的应用潜力[18]。 应变量对高压切变复合管组织与力学性能的影响(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205373.html