累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响.pdf

D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.12.006 第30卷第12期北京科技大学学报 Vol.30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响张兵袁守谦张西峰王超吕爽西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安710055 摘要采用累积复合轧制(ARB)技术的两种工艺路径，研究变形后1O60工业纯铝的显微组织和力学性能变化·结果显示：路径A的晶粒细化效果比路径B明显：ARB7道次后，采用路径A的试样的显微组织由拉长的细小纤维状晶粒组成，路径B 的试样由扁平状晶粒组成：路径A和路径B的试样的平均晶粒尺寸分别为470m和680m:路径A的试样的抗拉强度提高程度大于路径B.1060工业纯铝在ARB过程中的强化机制主要是细晶强化·初步分析了ARB过程中材料的变形规律和细小晶粒的形成机制关键词工业纯铝：累积复合轧制：力学性能：显微组织：晶粒细化机制分类号TG146.2+1 Effect of grain refining mechanism on the microstructure and mechanical proper- ties of 1060 commercially pure aluminum in accumulative roll bonding ZHA NG Bing.YUAN Shouqian.ZHA NG Xifeng,WANG Chao,LV Shuang School of Materials Science and Engineering.Xi'an University of Architecture &Technology.Xi'an 710055.China ABSTRACT Experiments were conducted to investigate the effect of grain refining mechanism on the microstructure and mechanical properties of 1060 commercially pure aluminum in accumulative roll bonding (ARB),in which two kinds of routes.Route A and Route B,were employed.The results show that the effectiveness of Route A is better than Route B.After ARB of 7 passes,the mi- crostructure of the specimen by Route A consists of thin elongated fibriform grains with an average size of 470 nm.but that by Route B does compressed grains with an average size of 680 nm.The improvement in tensile strength by Route A is greater than that by Route B.The strengthening mechanism of 1060 commercially pure aluminum by ARB is fine"grain strengthening.The deformation rule and the formation mechanism of fine grains were analyzed elementarily in ARB process. KEY WORDS commercially pure aluminums:accumulative roll bonding (ARB):mechanical properties:microstructure:grain re- fining mechanism 相对于传统的粗晶金属材料，超细晶结构的金高的塑性应变，使材料的组织结构得到有效细化，实属材料在室温下具有较高强度和硬度、高的抗腐蚀现了组织结构和力学性能的良好组合，其中，累积能力以及在低温或高变形速率下具有超塑性]；复合轧制可用于制备大块体薄板超细晶金属材料和因此，细化晶粒是提高材料强度，改善材料综合性能复合材料，的重要途径，剧烈塑性变形方法是制备块体超细晶 ARB是日本学者Saito等提出一种较新颖的剧材料的有效方法之一·目前，采用等通道角挤烈塑性变形方法，它的突出特点是在轧制时不改变 (ECAP)5)、高压扭转(HPT)[门、多向锻造材料的横截面积，通过多次重复轧制使材料获得较 (MF)[8]、往复挤压(CEC)和累积复合轧制大的累积应变，有效细化材料组织，提高材料强度· (ARB)101,1等为代表的剧烈塑性变形方法对此方法具有工业化连续生产的可能，受到越来越多 F钢、铜、铝及其合金材料进行加工处理，获得了较的关注0]，然而，不同ARB轧制工艺路径对晶收稿日期：2008-01-22修回日期：2008-03-04 作者简介：张兵(1969一)，男，高级工程师，博士研究生：袁守谦(1950一)男，教授，博士生导师，E-mail:ysq中@126.cwm

累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响张兵袁守谦张西峰王超吕爽西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055 摘要采用累积复合轧制（ARB）技术的两种工艺路径研究变形后1060工业纯铝的显微组织和力学性能变化．结果显示：路径 A 的晶粒细化效果比路径 B 明显；ARB7道次后采用路径 A 的试样的显微组织由拉长的细小纤维状晶粒组成路径 B 的试样由扁平状晶粒组成；路径 A 和路径 B 的试样的平均晶粒尺寸分别为470nm 和680nm；路径 A 的试样的抗拉强度提高程度大于路径 B．1060工业纯铝在 ARB 过程中的强化机制主要是细晶强化．初步分析了 ARB 过程中材料的变形规律和细小晶粒的形成机制．关键词工业纯铝；累积复合轧制；力学性能；显微组织；晶粒细化机制分类号 TG146∙2＋1 Effect of grain refining mechanism on the microstructure and mechanical properties of1060commercially pure aluminum in accumulative roll bonding ZHA NG BingY UA N ShouqianZHA NG XifengW A NG ChaoLV Shuang School of Materials Science and EngineeringXi’an University of Architecture ＆ TechnologyXi’an710055China ABSTRACT Experiments were conducted to investigate the effect of grain refining mechanism on the microstructure and mechanical properties of 1060commercially pure aluminum in accumulative roll bonding （ARB）in which two kinds of routesRoute A and Route Bwere employed．T he results show that the effectiveness of Route A is better than Route B．After ARB of 7passesthe microstructure of the specimen by Route A consists of thin elongated fibriform grains with an average size of 470nmbut that by Route B does compressed grains with an average size of 680nm．T he improvement in tensile strength by Route A is greater than that by Route B．T he strengthening mechanism of 1060commercially pure aluminum by ARB is fine-grain strengthening．T he deformation rule and the formation mechanism of fine grains were analyzed elementarily in ARB process． KEY WORDS commercially pure aluminums；accumulative roll bonding （ARB）；mechanical properties；microstructure；grain refining mechanism 收稿日期：2008-01-22 修回日期：2008-03-04 作者简介：张兵（1969—）男高级工程师博士研究生；袁守谦（1950—）男教授博士生导师E-mail：y-s-qb＠126．com 相对于传统的粗晶金属材料超细晶结构的金属材料在室温下具有较高强度和硬度、高的抗腐蚀能力以及在低温或高变形速率下具有超塑性［1—4］；因此细化晶粒是提高材料强度改善材料综合性能的重要途径．剧烈塑性变形方法是制备块体超细晶材料的有效方法之一．目前采用等通道角挤（ECAP）［5—6］、高压扭转（ HPT ）［7］、多向锻造（MF ）［8］、往复挤压（CEC ）［9］和累积复合轧制（ARB）［10—1114—15］等为代表的剧烈塑性变形方法对 IF 钢、铜、铝及其合金材料进行加工处理获得了较高的塑性应变使材料的组织结构得到有效细化实现了组织结构和力学性能的良好组合．其中累积复合轧制可用于制备大块体薄板超细晶金属材料和复合材料． ARB 是日本学者 Saito 等提出一种较新颖的剧烈塑性变形方法．它的突出特点是在轧制时不改变材料的横截面积通过多次重复轧制使材料获得较大的累积应变有效细化材料组织提高材料强度．此方法具有工业化连续生产的可能受到越来越多的关注［10—14］．然而不同 ARB 轧制工艺路径对晶第30卷第12期 2008年 12月北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．006

第12期张兵等：累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响 .1379 粒细化的影响、显微组织及力学性能的变化和细化轧制各道次试样进行显微组织观察，加速电压机制还有待全面和深入的研究，因此，本文选用 120kV.拉伸性能测试在INSTR0N-1341电子拉伸 1060工业纯铝研究两种工艺路径对材料显微组织仪上进行，每个道次试样不少于3根，加载速度为和力学性能的影响，分析ARB方法的强化和晶粒细 1.0 mmmin,最大载荷为10kN.用WOLPERT- 化机制 401MVD显微硬度仪测量母材和轧制各道次试样 1实验方法表面的硬度值，载荷0.98N,时间10s 2实验结果与分析实验选用的材料是冷轧态1060工业纯铝薄板，尺寸为300mm×100mm×1.84mm,其化学成分 2.1力学性能 (质量分数)为：0.0025%Si,0.0035%Fe, 2.1.1抗拉强度与延伸率 0.0005%Cu,0.0005%Zn,A1余量.经400℃/1h 图1是两种工艺路径下1060工业纯铝的抗拉完全退火，用钢丝刷和丙酮对两块试样结合表面进强度()和延伸率（δ）随ARB轧制道次变化曲线. 行清理，去除氧化层和油污，并使试样表面具有一定从图1可以看出：采用路径A经过7道次ARB轧制的粗糙度，然后叠合在一起，经轧机无润滑轧制复后，抗拉强度随着累积变形量的增加而增加，在合，道次压下量50%，接着将轧后的薄板剪切成两 ARB7道次后，达到最大值217.5MPa,约是变形块，表面处理后再进行轧制复合，共进行7道次前的2.5倍，在ARB5道次后变化趋于平缓；而延实验· 伸率在ARB1道次后从46%下降到6.42%，并随着轧制实验在170mm的二辊轧机上进行，室温变形量的增加，基本保持在7%左右波动，表明在下轧制，轧辊转速为0.42m·s-1(即变形速率为 ARB剧烈塑性变形过程中，由于试样中引入大量的 23s1)·采用两种轧制工艺：工艺路径A,每次轧制位错，位错密度增加，位错间的相互缠结和相互作时试样轧制方向保持不变一单向轧制：工艺路径用，使材料产生内应力和加工硬化，强度升高，塑性 B,每次轧制后改变材料的进料方向轧制一换向下降，随着ARB道次的增加，细小晶粒数量增加，轧制在ARB5道次后，试样内超细晶均匀分布，导致材用日本产JE一2O0 CXTEM透射电镜对母材和料强度和延伸率变化平缓 0.5 220 (a) ↑(b) 200 0.4 180 路径A 0.3 路径B 02 一路径A e路径B 01 80 23456 0 2345 ARB轧制道次 ARB轧制道次图11O60Al抗拉强度(a)、延伸率(b)随ARB道次变化曲线 Fig.1 Variations of tensile strength (a)and elongation (b)of 1060 Al with ARB passes 采用路径B,抗拉强度随着累积变形量的增加晶粒内背应力方向一致，背应力帮助位错运动，使材总体上呈上升趋势，在ARB4道次后，达到最大料的屈服强度降低，塑性变形容易，随着道次的增值188MPa,随后略有降低，在ARB6道次后变化趋加，累积变形达到一定程度时，塑性得到一定程度的于平缓；延伸率先降后升，在AB4道次后恢复上改善升，在ARB7道次后达到16%.表明在ARB1道次由于1060工业纯铝杂质很少，没有析出相，材过程中与路径A相同，在ARB2道次后，由于变形料的强化主要取决于细晶的尺寸和数量.1060工方向相反，后一变形道次产生的位错与前一道次产业纯铝在ARB轧制过程中，采用路径A的试样的生的位错异号，运动方向相反，引起位错密度减小，抗拉强度增加比路径B增加明显，说明路径A比路部分应力回复，另一方面，位错在反向运动时，和径B晶粒细化效果好

粒细化的影响、显微组织及力学性能的变化和细化机制还有待全面和深入的研究．因此本文选用 1060工业纯铝研究两种工艺路径对材料显微组织和力学性能的影响分析 ARB 方法的强化和晶粒细化机制． 1 实验方法实验选用的材料是冷轧态1060工业纯铝薄板尺寸为300mm ×100mm ×1∙84mm其化学成分（质量分数）为：0∙0025％ Si0∙0035％ Fe 0∙0005％ Cu0∙0005％ ZnAl 余量．经400℃／1h 完全退火用钢丝刷和丙酮对两块试样结合表面进行清理去除氧化层和油污并使试样表面具有一定的粗糙度然后叠合在一起经轧机无润滑轧制复合道次压下量50％接着将轧后的薄板剪切成两块表面处理后再进行轧制复合共进行7道次实验．轧制实验在●170mm 的二辊轧机上进行室温下轧制轧辊转速为0∙42m·s —1（即变形速率为 23s —1）．采用两种轧制工艺：工艺路径 A每次轧制时试样轧制方向保持不变———单向轧制；工艺路径 B每次轧制后改变材料的进料方向轧制———换向轧制．用日本产 JEM—200CXTEM 透射电镜对母材和轧制各道次试样进行显微组织观察加速电压 120kV．拉伸性能测试在INSTRON—1341电子拉伸仪上进行每个道次试样不少于3根加载速度为 1∙0mm·min —1最大载荷为10kN．用 WOLPERT— 401MVD 显微硬度仪测量母材和轧制各道次试样表面的硬度值载荷0∙98N时间10s． 2 实验结果与分析 2∙1 力学性能 2∙1∙1 抗拉强度与延伸率图1是两种工艺路径下1060工业纯铝的抗拉强度（σb）和延伸率（δ）随 ARB 轧制道次变化曲线．从图1可以看出：采用路径 A 经过7道次 ARB 轧制后抗拉强度随着累积变形量的增加而增加在 ARB7道次后 σb 达到最大值217∙5MPa约是变形前的2∙5倍在 ARB 5道次后变化趋于平缓；而延伸率在 ARB1道次后从46％下降到6∙42％并随着变形量的增加基本保持在7％左右波动．表明在 ARB 剧烈塑性变形过程中由于试样中引入大量的位错位错密度增加位错间的相互缠结和相互作用使材料产生内应力和加工硬化强度升高塑性下降．随着 ARB 道次的增加细小晶粒数量增加在 ARB 5道次后试样内超细晶均匀分布导致材料强度和延伸率变化平缓．图1 1060Al 抗拉强度（a）、延伸率（b）随 ARB 道次变化曲线 Fig．1 Variations of tensile strength （a） and elongation （b） of 1060Al with ARB passes 采用路径 B抗拉强度随着累积变形量的增加总体上呈上升趋势在 ARB 4道次后 σb 达到最大值188MPa随后略有降低在 ARB6道次后变化趋于平缓；延伸率先降后升在 ARB 4道次后恢复上升在 ARB7道次后达到16％．表明在 ARB1道次过程中与路径 A 相同在 ARB 2道次后由于变形方向相反后一变形道次产生的位错与前一道次产生的位错异号运动方向相反引起位错密度减小一部分应力回复．另一方面位错在反向运动时和晶粒内背应力方向一致背应力帮助位错运动使材料的屈服强度降低塑性变形容易随着道次的增加累积变形达到一定程度时塑性得到一定程度的改善．由于1060工业纯铝杂质很少没有析出相材料的强化主要取决于细晶的尺寸和数量．1060工业纯铝在 ARB 轧制过程中采用路径 A 的试样的抗拉强度增加比路径 B 增加明显说明路径 A 比路径 B 晶粒细化效果好．第12期张兵等：累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响 ·1379·

第12期张兵等：累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响 .1381 工业纯铝采用路径A和路径B经过ARB2道次后、当1/h<(0.5~1.0)时，随着变形区形状系数的减 ARB4道次后和ARB7道次后的显微结构，可以看小，材料两端对变形过程影响较为突出，压缩变形不出随着应变量的增加，材料的晶粒尺寸逐渐减小. 能深入到材料内部，变形仅限于材料表面区域，经过ARB1道次后，试样内主要表现为有微小不同的变形工艺路径对材料晶粒的细化效果和取向差的亚晶结构（图3(b))·ARB2道次后，路径方式不同，图5是A,B两种路径的ARB1~ARB3 A的试样内亚晶尺寸较ARB1道次后减小道次变形示意图.从图5(a)可以看出：在路径A (图3(c),位错密度明显比ARB1道次后大；路径下，ARB2道次后，表面剪切应变沿轧制方向比 B的试样内亚晶尺寸变化不大，位错胞增多 ARB1道次增加1倍（轧制条件不变的情况下），剪 (图3(d))·ARB4道次后，形成的细小晶粒被周围切方向不变，晶粒在剪切变形带内沿轧制方向不断的亚晶结构所包围，路径A的试样内平均晶粒尺寸被拉长、剪切，形成细小的纤维状组织，沿厚度方向为620nm(图3(e),路径B的试样内晶粒平均尺晶粒大小分布也不均匀；同时ARB1道次后表面的寸830nm(图3(f))·随着ARB道次的增加，晶体剪切变形被带入材料的中心，随着轧制道次的增加内超细晶的数量增加，不同轧制工艺路径所获得的将大量的剪切变形引入材料内部，分布复杂，显微组织不同.采用路径A经过ARB7道次后，晶粒呈细小纤维状，平均晶粒尺寸为470nm (图3(g);采用路径B经过ARB7道次后，晶粒形状呈扁平状，平均晶粒尺寸为680nm(图3(h),大 (a) 6 部分晶界仍然是位错结构，晶界较宽，还存在有形变亚晶，晶粒细化效果不如路径A, 图5不同路径1~3道次ARB变形作用力方向·(a)路径A; (b)路径B 2.3ARB晶粒细化机制 Fig.5 Force orientations of No.1-3 pass during ARB different 根据轧制变形区的受力特点和不均匀变形理 processing routes:(a)Route A:(b)Route B 论，如图4所示，在累积复合轧制过程中，材料沿厚度方向上的变形、应力和流动速度极不均匀，由于采用路径B,ARB2道次与前一道次的轧制方轧辊与材料之间的无润滑，在接触弧开始处靠近接向相反，晶粒在轧制方向上受到的剪应变相反，剪切触表面的单元体受到的变形比中心层的单元体要方向不同，材料表面的晶粒易被剪切细化，容易形成大；经过中性面后，材料中心层单元体的变形和流动扁平状晶粒，而在材料中心层则形成板条型晶粒. 速度比表面层要大，从而使晶粒沿板材厚度方向得如图5(b)所示，沿厚度从表面到中心方向剪切应变到不同程度的细化，且由于材料表面受到的摩擦剪量呈梯度分布，组织变形均匀性优于路径A,随着切应变最大，晶粒细化效果明显；中心部位受到的剪轧制道次的增加，晶粒在反复剪切变形作用下，生成切变形小，晶粒主要发生沿轧制方向压缩形变，形成细小的扁平状晶粒被带入到材料内部.同时由于板条型，此外，变形区形状系数l/(L是材料和轧 1060工业纯铝的层错能较高，在形变过程中易发生辊的接触弧长度，五是轧制过程中材料的厚度)，对动态回复，对微观组织细化和力学性能有一定影响，材料影响也比较大，当l/h>(0.5~1.0)时，压缩变关于超细晶在ARB塑性变形中的变形行为还有待形能够深入到材料内部，中心层变形比表面层要大；进一步研究 3结论 (I)经过7道次ARB变形后，采用两种路径A 和B处理的1060铝的晶粒尺寸分别细化到470和 680nm,路径A晶粒细化效果明显，易形成细小的纤维状晶粒结构：路径B易获得扁平状晶粒， (2)随着ARB轧制道次的增加，采用路径A处理的1060铝的强度增加，延伸率下降，经过ARB7 图4轧制变形区.I一易变形区：一难变形区；Ⅲ一自由变形区道次后，强度达到最大值217.5MPa,约是原来的 Fig.4 Rolling deformation zone:I-easy deformation area:II- 2.5倍，延伸率在6%附近波动；采用路径B,1060铝 hard deformation area:l-free deformation area 的强度在ARB4道次后达到188MPa,随后略微降

工业纯铝采用路径 A 和路径 B 经过 ARB2道次后、 ARB4道次后和 ARB7道次后的显微结构可以看出随着应变量的增加材料的晶粒尺寸逐渐减小．经过 ARB1道次后试样内主要表现为有微小取向差的亚晶结构（图3（b））．ARB 2道次后路径 A 的试样内亚晶尺寸较 ARB 1 道次后减小（图3（c））位错密度明显比 ARB 1道次后大；路径 B 的试样内亚晶尺寸变化不大位错胞增多（图3（d））．ARB4道次后形成的细小晶粒被周围的亚晶结构所包围路径 A 的试样内平均晶粒尺寸为620nm （图3（e））路径 B 的试样内晶粒平均尺寸830nm （图3（f））．随着 ARB 道次的增加晶体内超细晶的数量增加不同轧制工艺路径所获得的显微组织不同．采用路径 A 经过 ARB7道次后晶粒呈细小纤维状平均晶粒尺寸为 470 nm （图3（g））；采用路径 B 经过 ARB 7道次后晶粒形状呈扁平状平均晶粒尺寸为680nm（图3（h））大部分晶界仍然是位错结构晶界较宽还存在有形变亚晶晶粒细化效果不如路径 A．图4 轧制变形区．Ⅰ—易变形区；Ⅱ—难变形区；Ⅲ—自由变形区 Fig．4 Rolling deformation zone：Ⅰ—easy deformation area；Ⅱ— hard deformation area；Ⅲ—free deformation area 2∙3 ARB 晶粒细化机制根据轧制变形区的受力特点和不均匀变形理论如图4所示在累积复合轧制过程中材料沿厚度方向上的变形、应力和流动速度极不均匀．由于轧辊与材料之间的无润滑在接触弧开始处靠近接触表面的单元体受到的变形比中心层的单元体要大；经过中性面后材料中心层单元体的变形和流动速度比表面层要大从而使晶粒沿板材厚度方向得到不同程度的细化．且由于材料表面受到的摩擦剪切应变最大晶粒细化效果明显；中心部位受到的剪切变形小晶粒主要发生沿轧制方向压缩形变形成板条型．此外变形区形状系数 l／h（ l 是材料和轧辊的接触弧长度h 是轧制过程中材料的厚度）．对材料影响也比较大当 l／h＞（0∙5～1∙0）时压缩变形能够深入到材料内部中心层变形比表面层要大；当 l／h＜（0∙5～1∙0）时随着变形区形状系数的减小材料两端对变形过程影响较为突出压缩变形不能深入到材料内部变形仅限于材料表面区域．不同的变形工艺路径对材料晶粒的细化效果和方式不同．图5是 A、B 两种路径的 ARB1～ARB3 道次变形示意图．从图5（a）可以看出：在路径 A 下ARB 2道次后表面剪切应变沿轧制方向比 ARB1道次增加1倍（轧制条件不变的情况下）剪切方向不变晶粒在剪切变形带内沿轧制方向不断被拉长、剪切形成细小的纤维状组织沿厚度方向晶粒大小分布也不均匀；同时 ARB1道次后表面的剪切变形被带入材料的中心随着轧制道次的增加将大量的剪切变形引入材料内部分布复杂．图5 不同路径1～3道次 ARB 变形作用力方向．（a）路径 A；（b）路径 B Fig．5 Force orientations of No．1—3 pass during ARB different processing routes：（a） Route A；（b） Route B 采用路径 BARB 2道次与前一道次的轧制方向相反晶粒在轧制方向上受到的剪应变相反剪切方向不同材料表面的晶粒易被剪切细化容易形成扁平状晶粒而在材料中心层则形成板条型晶粒．如图5（b）所示沿厚度从表面到中心方向剪切应变量呈梯度分布组织变形均匀性优于路径 A．随着轧制道次的增加晶粒在反复剪切变形作用下生成细小的扁平状晶粒被带入到材料内部．同时由于 1060工业纯铝的层错能较高在形变过程中易发生动态回复对微观组织细化和力学性能有一定影响．关于超细晶在 ARB 塑性变形中的变形行为还有待进一步研究． 3 结论（1）经过7道次 ARB 变形后采用两种路径 A 和 B 处理的1060铝的晶粒尺寸分别细化到470和 680nm．路径 A 晶粒细化效果明显易形成细小的纤维状晶粒结构；路径 B 易获得扁平状晶粒．（2）随着 ARB 轧制道次的增加采用路径 A 处理的1060铝的强度增加延伸率下降．经过 ARB7 道次后强度达到最大值217∙5MPa约是原来的 2∙5倍延伸率在6％附近波动；采用路径B1060铝的强度在 ARB4道次后达到188MPa随后略微降第12期张兵等：累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响 ·1381·

.1382. 北京科技大学学报第30卷低，在160MPa附近波动，延伸率先降后升，ARB7 1991,137(15):35 道次后延伸率为16%. [7]Valiev R Z.Islamgaliev R K.Bulk nanostructural materials from (3)对于路径A,材料变形方向始终保持不变， severe plastic deformation.Prog Mater Sci,2000,45:103 [8]Andrey B,Kaneaki T,Yuuji K,et al.Comparative study on mi- 在剪应变的作用下，晶粒沿轧制方向不断被拉长、剪 crostructure evolution upon unidirectional and multidirectional cold 切，生成细小的纤维状晶粒结构；而路径B,由于材 working in a Fe-15%Cr ferritie alloy.Mater Sei Eng A,2007, 料前后变形方向相反，轧制过程中晶粒受到的剪应 456(1/2):323 变方向相反，随着累积变形的增加，晶粒在反复剪应 [9]Richert M.Liu Q,Hansen N.Microstructural evolution over a 变作用下生成扁平状晶粒，材料内晶粒均匀性优于 large strain range in aluminum deformed by cyclic extrusion com pression.Mater Sci Eng A.1999.260:275 路径A, [10]Tsuji N.Saito Y,Lee Seong H.et al.ARB (accumulative roll- bonding)and other new techniques to produce bulk ultrafine 参考文献 grained materials.Ado Eng Mater,2003.5(5):338 [11]Saito Y.Tsuji N.Utsunomiya H,et al.Ultra fine grained bulk [1]Koch CC.Optimization of strength and ductility in nanocrys- aluminum produced by accumulative roll bonding (ARB)pro- talline and ultrafine grained metals.Scripta Mater,2003,49 cess.Seripta Mater.1998.39(9):1221 (7):657 [12]Min G H.Lee J M.Kang S B.et al.Evolution of microstructure [2]Mishra R S,Valiev R Z.Mukherjee A K.The observation of for multilayered Al/Ni composites by accumulative roll bonding tensile superplasticity in nanocrystalline materials.Nanostruct process.Mater Lett,2006,3.1 Maer,1997(9):473 [13]Chen M C.Hsieh HC.Wu W T.The evolution of microstrue- [3]Lee S H.Saito Y.Sakai T,et al.Microstructures and mechani- tures and mechanical properties during accumulative roll bonding cal properties of 6061 aluminum alloy processed by accumulative of Al/Mg composite.JAlloys Compd.006.416:169 roll-bonding.Mater Sci Eng A.2002.325:228 [14]Zhang B.Yuan S Q.Zhang X F,et al.Effects of annealing [4]Wu X L.Grain refinement by strain induced and elongation. treatment on microstructure and properties of ultra fine grains Trans Mater Heat Treat,2005,26(3):43 1060 commercially pure aluminum processed by accumulative roll (武晓雷.应变诱导晶粒细化与伸长率。材料热处理学报， bonding (ARB).Chin J Rare Met,2008.32(1):7 2005,26(3):43) (张兵，袁守谦，张西锋，等.热处理对ARB制备超细晶1060 [5]Segal V M.Reznikov V I,Drobyshevskii A E.et al.Plastic met- 工业纯铝组织和性能的影响，稀有金属，2008,32(1)：7 al working by simple shear.Metally,1981.1:115 [15]Lee S H,Saito Y.Tsuji N,et al.Role of shear strain in ultra- [6]Valiev RZ.Krasilnikov N A.Tsenev N K.Plastic deformation grain refinement by accumulative roll bonding (ARB)process. of alloys with submicron-grained structure.Mater Sci Eng A. Scripta Mater.2002.46:281

低在160MPa 附近波动延伸率先降后升ARB 7 道次后延伸率为16％．（3）对于路径 A材料变形方向始终保持不变在剪应变的作用下晶粒沿轧制方向不断被拉长、剪切生成细小的纤维状晶粒结构；而路径 B由于材料前后变形方向相反轧制过程中晶粒受到的剪应变方向相反随着累积变形的增加晶粒在反复剪应变作用下生成扁平状晶粒材料内晶粒均匀性优于路径 A．参考文献［1］ Koch C C．Optimization of strength and ductility in nanocrystalline and ultrafine grained metals． Scripta Mater200349 （7）：657 ［2］ Mishra R SValiev R ZMukherjee A K．The observation of tensile superplasticity in nanocrystalline materials． Nanostruct Mater1997（9）：473 ［3］ Lee S HSaito YSakai Tet al．Microstructures and mechanical properties of 6061aluminum alloy processed by accumulative rol-l bonding．Mater Sci Eng A2002325：228 ［4］ Wu X L．Grain refinement by strain-induced and elongation． T rans Mater Heat T reat200526（3）：43 （武晓雷．应变诱导晶粒细化与伸长率．材料热处理学报 200526（3）：43）［5］ Segal V MReznikov V IDrobyshevskii A Eet al．Plastic metal working by simple shear．Metally19811：115 ［6］ Valiev R ZKrasilnikov N ATsenev N K．Plastic deformation of alloys with submicron-grained structure． Mater Sci Eng A 1991137（15）：35 ［7］ Valiev R ZIsIamgaliev R K．Bulk nanostructural materials from severe plastic deformation．Prog Mater Sci200045：103 ［8］ Andrey BKaneaki TYuuji Ket al．Comparative study on microstructure evolution upon unidirectional and multidirectional cold working in a Fe-15％Cr ferritic alloy．Mater Sci Eng A2007 456（1／2）：323 ［9］ Richert MLiu QHansen N．Microstructural evolution over a large strain range in aluminum deformed by cyclic extrusion compression．Mater Sci Eng A1999260：275 ［10］ Tsuji NSaito YLee Seong Het al．ARB （accumulative rol-l bonding） and other new techniques to produce bulk ultrafine grained materials．A dv Eng Mater20035（5）：338 ［11］ Saito YTsuji NUtsunomiya Het al．Ultra-fine grained bulk aluminum produced by accumulative roll bonding （ARB） process．Scripta Mater199839（9）：1221 ［12］ Min G HLee J MKang S Bet al．Evolution of microstructure for multilayered Al／Ni composites by accumulative roll bonding process．Mater Lett20063：1 ［13］ Chen M CHsieh H CWu W T．The evolution of microstructures and mechanical properties during accumulative roll bonding of Al／Mg composite．J Alloys Compd2006416：169 ［14］ Zhang BYuan S QZhang X Fet al．Effects of annealing treatment on microstructure and properties of ultra-fine grains 1060commercially pure aluminum processed by accumulative roll bonding （ARB）．Chin J Rare Met200832（1）：7 （张兵袁守谦张西锋等．热处理对 ARB 制备超细晶1060 工业纯铝组织和性能的影响．稀有金属200832（1）：7 ［15］ Lee S HSaito YTsuji Net al．Role of shear strain in ultragrain refinement by accumulative roll bonding （ARB） process． Scripta Mater200246：281 ·1382· 北京科技大学学报第30卷