一种高性能线材生产工艺方法及装置
技术领域
本发明涉及严重塑性形变(SPD)细晶技术领域，具体的涉及一种针对超细金属线材或超薄带材的高性能线材生产工艺方法及装置。
背景技术
严重塑性变形法(Sever Plastic Deformation——SPD)具有将粗晶材料的晶粒细化到纳米量级的巨大潜力，是近年来逐步发展起来的一种独特的超细晶(纳米晶或亚微米晶)金属及其合金材料制备工艺。它是指材料处于较低的温度(通常低于0.4Tm)环境中，在大的外部压力作用下发生剧烈塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米或纳米量级的一种工艺。强应变大塑性变形可以在低温条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。
迄今为止，由于具有界面减磨，声学软化和降低表面粗糙度等独特特性，超声振动在辅助金属成形领域得到了广泛的应用和研究。在宏观尺度上，传统的大功率超声振动已被广泛应用于表面处理、金属成形等制造工艺的改进。例如，超声滚压技术是一种结合了传统轧制和超声波技术优点的新近发展起来的技术。与传统轧制技术相比，超声滚压主要依靠高频超声振动而不是用压力来处理试样表面。目前，超声滚压技术主要应用于块体宏观材料的表面处理，可获得表面梯度纳米化的结构。
在微观尺度上，超声振动作为辅助手段，在微型金属件的拉伸、压缩和表面精整等微成形工艺中的应用成为该领域的研究焦点。然而，在与塑变成形直接相关的微型金属件SPD强化领域，尚少有工作探讨超声振动的应用潜力。目前已开发的各类SPD方法的研究对象主要针对于宏观材料，而超声振动技术在其中只能扮演着辅助的角色。这是因为超声振动振幅小，一般只能在十几微米范围内形成梯度微/纳米结构，因此它的SPD影响范围十分有限。
金属线材、箔材作为应用广泛的工程材料，具有某一维度方向上的尺寸远小于其他维度的独特特征，因此其结构介于大块材料和微型材料之间。显然，随着线材、箔材厚度的减小，作用于其厚度方向的超声振动将可望给线材、箔材整体带来高效全面的SPD引入，但是目前还未有针对超细金属线材或超薄带材的高性能线材生产工艺方法及装置。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种高性能线材生产工艺方法及装置，其提供的工艺方法对于厚度在微米级别的线材或带材能实现其厚度方向上晶粒的高效细化，且晶粒尺寸和形态分布均匀，显著提高了线材、带材的综合力学性能；提供的装置能连续高效引入严重塑性变形，实现线材或带材的连续低温超声冲击SPD强化处理，能满足两种冲击处理方式，应用价值较高。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种高性能线材生产工艺方法，包括如下步骤：
S1、选材及清洗：合理选择微尺寸的线材或带材，并进行表面清洗去除脏污；
S2、超声冲击强化处理准备：准备好用于对线材或带材进行超声冲击强化处理的超声滚压处理装置，并合理确定线材或带材的通过速度、超声频率及超声振幅；
S3、超声冲击强化处理：开启超声滚压处理装置，将步骤S1中清洗后的线材或带材匀速通过超声滚压处理装置，超声滚压处理装置对线材或带材进行超声冲击强化处理，得到宽度不变，厚度减薄的处理线材或带材Ⅰ；
S4、两片焊合：将两个步骤S3中获得的厚度为初始厚度一半的处理线材或带材Ⅰ重叠后并通过超声波焊接装置，焊合后得到厚度恢复初始厚度的处理线材或带材Ⅱ；
S5、多道次滚压处理：将步骤S4得到的处理线材或带材Ⅱ重复进行步骤S3～S4，重复次数视需求而定；
S6、获得成品：对步骤S6中最终得到的线材或带材进行收卷，得到截面尺寸未显著变化的成品线材或带材Ⅱ。
进一步地，线材或带材经过步骤S1～S3的处理后直接进行收卷，能够有效获取经过单道次超声冲击强化处理的扁线材或截面尺寸均匀减薄的成品带材Ⅰ。
进一步地，在步骤S2和S3中，所述超声冲击强化处理分为两种方式，一种是在超声滚压处理装置内的滚压端部恒定加载静压力，另一种是在超声滚压处理装置内的滚压端部限定线材或带材的通过高度，具体为：
A、采用在超声滚压处理装置内的滚压端部恒定加载静压力的处理方式，在步骤S2中，还要合理确定超声滚压处理装置内静压力发生系统的恒定静压力；
B、采用在超声滚压处理装置内的滚压端部限定线材或带材的通过高度的处理方式，在步骤S2中，使超声滚压处理装置内的压端部供线材或带材通过的高度为线材或带材厚度的一半与超声振幅之和。
具体地，在步骤S4中，所述超声波焊接装置为超声波金属滚焊机。
进一步地，在步骤S5中，当得到的处理线材或带材Ⅱ出现严重加工硬化现象时，就对处理线材或带材Ⅱ进行高温短时软化退火，可缓解硬化现象。以铜线为例，线材高温短时退火的温度为300～600℃，通过时间为4～30s。
具体地，在步骤S1中，所述微尺寸线材或带材的直径和厚度的取值范围为均为1mm以内；在步骤S2中，所述超声振幅取值为1～100μm；所述超声频率取值为15～50kHz。
本发明还提供了一种上述高性能线材生产工艺方法所采用的低温超声滚压冲击装置，该装置包括密闭液冷控温机构、牵引传输机构及超声滚压冲击机构；
所述密闭液冷控温机构包括内部装有冷却液的密闭容器，所述密闭容器的外壳体为双层结构，其中内层为保温材料制成的保温层；所述密闭容器长度方向上的两相对侧上分别对应开设有供线材或带材通过的输入口和输出口，且冷却液的液面低于该输入口和输出口，所述密闭容器的侧壁上还开设有用于导入冷却液的注入口和用于排出冷却液的流出口，且注入口和流出口处均设有开关阀；所述密闭容器内顶部固定有多根竖直向下延伸的压杆，所述压杆上开设有供线材或带材穿过的限位孔；
所述牵引传输机构包括分别位于密闭容器的输入口外侧和输出口外侧的多组传输辊轮，每组传输辊轮均包括两个转向相反的辊轮，所述或带材从各组传输辊轮之间穿过，至少一组传输辊轮连接有驱动电机；
所述超声滚压冲击机构包括超声系统、静压力发生系统及设于密闭容器内的冲击底座；
所述超声系统包括竖直设于密闭容器顶部的超声换能器，设于超声换能器下端并贯穿密闭容器顶面板的超声变幅杆，竖直连接于超声换能器下端的超声工具头，可转动式镶嵌在超声工具头下端面上的带槽体结构(为凹槽或凸槽)的刚性冲击辊柱以及与超声换能器电连接并设于密闭容器外侧的超声电源，所述密闭容器的顶部开设有供超声变幅杆穿过的接入口，所述超声工具头和刚性冲击辊柱均位于密闭容器内部，且刚性冲击辊柱平行于密闭容器的宽度方向，所述刚性冲击辊柱上的槽体结构环绕其一圈；
所述静压力发生系统包括可拆卸式安装在超声换能器顶面上的压板和设于压板上方的压力气缸，且压力气缸与压板之间连接有弹簧，所述压力气缸的上端为其固定端；
所述冲击底座包括浸没在冷却液内的表面带槽体结构(为凹槽或凸槽)的刚性轧辊，以及设于密闭容器的外侧并用于驱动刚性轧辊的轧辊驱动电机，所述刚性轧辊的长度平行于密闭容器的宽度方向，所述刚性轧辊上的槽体结构环绕其一圈，所述刚性轧辊表面的槽体结构位于刚性冲击辊柱表面槽体结构的正下方，所述刚性轧辊表面的槽体结构与刚性冲击辊柱表面的槽体结构凹凸适配，且两个槽体结构的宽度均与线材或带材的宽度相同，两个槽体结构之间构成了线材或带材的超声滚压处理通道(可以是刚性冲击辊柱表面凹槽与刚性轧辊表面凸槽的通道组合，也可以是刚性冲击辊表面凸槽与刚性轧辊表面凹槽的通道组合)，所述线材或带材从所述超声滚压处理通道穿过，所述刚性冲击辊柱与刚性轧辊的硬度和弹性模量均大于线材或带材；位于线材下方的辊轮的转动方向与刚性轧辊的转动方向相同；所述刚性轧辊长度方向的两侧均设有压杆。
进一步地，所述刚性轧辊两侧的压杆的长度不同。在刚性轧辊与线材的输入口之间的压杆的下端低于刚性轧辊的顶部，可使得线材或带材进入密闭容器后，超声处理前的线段保持整体浸入冷却液内，保证其温度冷却至处理温度，从而有利于线材的超声冲击强化处理；在刚性轧辊与线材的输出口之间的压杆的下端不低于刚性轧辊的顶部，最好与前述输出口平齐，可便于线材或带材的出料。
具体地，所述冷却液为液氮或水。针对不同材质线材或带材，可选择不同滚压冲击强化处理温度，优选为液氮冷却温度，也可简化为通过水冷方式控制于室温温度。
进一步地，所述压板水平设置并固定安装在超声换能器上，所述密闭容器的顶面上位于超声换能器的两侧均固定有竖直设置并贯穿压板的导向杆，所述压板的两端侧均开设有供相应侧导向杆穿过的通孔，且压板的两端侧均设有贯通至相应侧通孔的锁紧螺钉。通过锁紧螺钉可将压板锁定在导向杆上，从而能带动超声换能器、超声工具头及刚性冲击辊柱实现位置固定，其可限定刚性冲击辊柱和刚性轧辊之间线材或带材的通过高度，满足在超声滚压处理装置内的滚压端部限定通过高度的处理方式的需求；拧松锁紧螺钉，可允许压板带动超声换能器在压力气缸的驱动下进行升降移动，通过压力气缸可控制滚压端部对线材或带材的作用压力，(即刚性冲击辊柱作用在线材或带材上的压力)，可满足采用超声滚压处理装置内的滚压端部恒定加载静压力的处理方式的需求。其不需要进行超声换能器与压板的分离和组装，也不需要在超声换能器与压板分离后对超声换能器进行固定，应用较为方便。
3.有益效果
(1)本发明设计了高性能线材生产工艺方法，利用超声塑性波的作用，将高频高应变率的超声振动冲击应用于微米级别的箔材或线材，在超细线材或超薄带材中高效、均匀的产生严重塑性变形，显著细化晶粒；通过实验研究及模拟表明，该工艺对于微米级别的线材或带材能实现其厚度方向上晶粒的高效细化，且晶粒尺寸和形态分布均匀，可显著提高线材或带材的综合力学性能。
(2)本发明设计了高性能线材生产工艺方法的一系列处理工序流程，操作简单，通过在不同温度条件下，反复的超声振动冲击，实现对金属或金属基线材、带材的高效严重塑变引入，最终形成晶粒显著细化至亚微米、纳米尺度，尺寸分布均匀的超细晶材料。可实现在不显著改变截面尺寸的前提下，实现高效均匀的在微米层级厚度的线材中连续、多道次引入严重塑性变形，可大幅提高材料性能，具有实际工程应用价值。
(3)本发明设计的低温超声滚压冲击装置装置包括盛装有冷却液的密闭容器，密闭容器的相对侧分别设置供线材或带材通过的输入口和输出口，并在其外侧设有多组传输辊组，使得线材或带材能够连续通过密闭容器，并在密闭容器内进行冲击处理，则本装置能够连续高效引入严重塑性变形，通过冷却液可最大化的抑制超声滚压冲击过程中的温度上升，线材或带材在冲击处理时结合超低温环境，可得到特殊低温冲击细晶组织，其能显著提升线材的力学性能。因为材料在严重塑性变形过程中，内部同步的发生再结晶细化和晶粒回复，两方面综合作用下达到平衡，决定了材料在该工艺条件下所能达到的最小晶粒尺寸，故而，通过降低温度因素，可对晶粒回复的抑制具有显著效果，获得更小的最小晶粒尺寸，提高细化晶粒效果。
(4)本发明设计的低温超声滚压冲击装置包括静压力发生系统，静压力发生系统包括可拆卸式安装在超声换能器顶面上的压板和设于压板上方的压力气缸，且压力气缸与压板之间连接有弹簧，压力气缸的上端为其固定端。将压板与超声换能器拆分，并固定超声换能器，从而能带动超声工具头及刚性冲击辊柱实现位置固定，满足在超声滚压处理装置内的滚压端部限定通过高度的处理方式的需求；将压板安装在换能器上，可由压板带动超声换能器在压力气缸的驱动下升降移动，通过压力气缸可控制滚压端部对线材或带材的作用压力，其可满足采用超声滚压处理装置内的滚压端部恒定加载静压力的处理方式的需求，则本装置能满足两种冲击处理方式，应用价值较高。
综上，本发明提供的工艺方法对于微米级别的线材或带材能实现其厚度方向上晶粒的高效细化，且晶粒尺寸和形态分布均匀，显著提高了线材、带材的综合力学性能；提供的装置能连续高效引入严重塑性变形，实现线材或带材的连续低温超声冲击SPD强化处理，能满足两种冲击处理方式，应用价值较高。
附图说明
图1为本发明提供的高性能线材低温超声滚压冲击装置的示意图；
图2为超声工具头12的端部嵌装刚性冲击辊柱11的示意图；
图3为线材或带材6从刚性冲击辊柱11的凸槽与刚性轧辊8的凹槽之间通过的示意图；
图4为超声工具头12带动刚性辊柱11在纵向上高频振动冲击，并与刚性轧辊8共同对通过的线材或带材6进行滚压处理的示意图；
图5为通过ABAQUS模拟的超声滚压下，3mm的T2铜线截面上产生的PEEQ梯形结构分布示意图；
图6为通过ABAQUS模拟的超声滚压下，200μm的T2铜线截面上产生的PEEQ均匀结构分布示意图；
图7为从3mm降至50μm的不同厚度铜板，在相同条件的超声冲击下产生的最大PEEQ值的曲线图；
图8为本发明提供的高性能线材生产工艺方法的工艺流程示意图；
图9为厚度为100μm，宽度为5mm的T2铜线材处理前截面的示意图，其中，图(a)为实施例1中厚度为100μm的T2纯铜线材处理前截面的EBSD组织形貌图，图(b)为其晶粒尺寸分布图，图(c)为其晶界取向角分布图；
图10为厚度为100μm，宽度为5mm的T2铜线材经单道次超声滚压处理后截面的示意图，其中，图(a)为实施例1中厚度为100μm的T2纯铜线材单道次超声滚压处理后的截面组织照片；图(b)为图(a)中B区域的EBSD组织形貌图，图(c)、图(d)及图(e)分别为图(b)中c、d、e三个不同局部区域的TEM组织图，图(f)为其晶粒尺寸分布图，图(g)为其晶界取向角分布图；
图11为实施例2中宽度和厚度均为300μm直径的304不锈钢线材处理前横截面的EBSD组织图；
图12为实施例2中宽度和厚度均为300μm直径的304不锈钢线材经液氮深冷的多道次连续超声滚压处理后的截面EBSD组织图。
附图标记：1、超声电源；2、压板；3、超声换能器；4、密闭容器；5、压杆；6、线材或带材；7、冷却液；8、刚性轧辊；9、轧辊驱动电机；10、传输辊轮；11、刚性冲击辊柱；12、超声工具头；13、压力气缸；14、弹簧；15、导向杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
在通过ABAQUS模拟的超声滚压下，分别对3mm的T2铜线和200μm的T2铜线进行超声冲击强化处理，研究当超声振动冲击方向作用于线材厚度方向时，随材料厚度从宏观尺寸至微米层级尺寸的逐渐减小，有效塑性应变(PEEQ)在厚度方向上的变化情况。结果见图5及图6，由图5及图6可知，当超声振动冲击方向作用于线材厚度方向时，随材料厚度从宏观尺寸至微米层级尺寸的逐渐减小，有效塑性应变(PEEQ)在厚度方向上的分布由梯度分布结构转变为均匀分布结构。
在相同条件的超声冲击下，对从3mm降至50μm的不同厚度铜板进行超声冲击强化处理，研究对不同厚度的材料产生的最大PEEQ值的变化，结果见由图7，由图7可知，随材料厚度从宏观尺寸至微米层级尺寸的逐渐减小，在相同条件的超声冲击下产生的最大PEEQ值呈指数上升。
由上述内容可知，在微成形领域，当材料的尺寸减小到超声振动的影响范围时，超声振幅小将不再是缺点，相反其高频/高速率应变的特点却是其他SPD工艺所不具备的。
实施例1
对厚度为100μm，宽度为5mm的T2带材进行单道次液冷控温的超声滚压连续冲击减薄处理，所用T2压延纯铜箔化学成分如表1所示：
表1 T2压延纯铜箔化学成分表(％)
采用的低温超声滚压冲击装置如图1、图2、图3及图4所示，
该装置包括密闭液冷控温机构、牵引传输机构及超声滚压冲击机构；
所述密闭液冷控温机构包括内部装有冷却液7的密闭容器4，所述密闭容器4的外壳体为双层结构，其中内层为保温材料制成的保温层；所述密闭容器4长度方向上的两相对侧上分别对应开设有供线材或带材6通过的输入口和输出口，且冷却液7的液面低于该输入口和输出口，所述密闭容器4的侧壁上还开设有用于导入冷却液的注入口和用于排出冷却液的流出口，且注入口和流出口处均设有开关阀；所述密闭容器4内顶部固定有多根竖直向下延伸的压杆5，所述压杆5上开设有供线材或带材6穿过的限位孔；
所述牵引传输机构包括分别位于密闭容器4的输入口外侧和输出口外侧的多组传输辊轮10，每组传输辊轮10均包括两个转向相反的辊轮，所述线材或带材6从各组传输辊轮10之间穿过，至少一组传输辊轮10连接有驱动电机；
所述超声滚压冲击机构包括超声系统、静压力发生系统及设于密闭容器4内的冲击底座；
所述超声系统包括竖直设于密闭容器4顶部的超声换能器3，设于超声换能器3下端并贯穿密闭容器4顶面板的超声变幅杆，竖直连接于超声换能器3下端的超声工具头12，可转动式镶嵌在超声工具头12下端面上的带槽体结构(可以为凹槽或凸槽，本实施例中为凸槽)的刚性冲击辊柱11以及与超声换能器3电连接并设于密闭容器4外侧的超声电源1，所述密闭容器4的顶部开设有供超声变幅杆穿过的接入口，所述超声工具头12和刚性冲击辊柱11均位于密闭容器4内部，且刚性冲击辊柱11平行于密闭容器4的宽度方向，所述刚性冲击辊柱11上的槽体结构环绕其一圈；
所述静压力发生系统包括可拆卸式安装在超声换能器3顶面上的压板2和设于压板2上方的压力气缸13，且压力气缸13与压板2之间连接有弹簧14，所述压力气缸13的上端为其固定端；
所述冲击底座包括浸没在冷却液7内的表面带槽体结构(可以为凹槽或凸槽，本实施例中为凹槽)的刚性轧辊8，以及设于密闭容器4的外侧并用于驱动刚性轧辊8的轧辊驱动电机9，所述刚性轧辊8的长度平行于密闭容器4的宽度方向，所述刚性轧辊8上的槽体结构环绕其一圈，所述刚性轧辊8表面的槽体结构位于刚性冲击辊柱11表面槽体结构的正下方，所述刚性轧辊8表面的槽体结构与刚性冲击辊柱11表面的槽体结构凹凸适配，且两个槽体结构的宽度均与线材或带材6的宽度相同，两个槽体结构之间构成了线材或带材6的超声滚压处理通道，所述线材或带材6从所述超声滚压处理通道穿过，所述刚性冲击辊柱11与刚性轧辊8的硬度和弹性模量均大于线材或带材6；位于线材或带材6下方的辊轮的转动方向与刚性轧辊8的转动方向相同；所述刚性轧辊8长度方向的两侧均设有压杆5。
在本实施例中，所述刚性轧辊8两侧的压杆5的长度不同。在刚性轧辊8与线材或带材6的输入口之间的压杆5的下端低于刚性轧辊8的顶部，可使得线材或带材6进入密闭容器4后，超声处理前的线段保持整体浸入冷却液内，保证其温度冷却至处理温度，从而有利于线材或带材6的超声冲击强化处理；在刚性轧辊8与线材或带材6的输出口之间的压杆5的下端不低于刚性轧辊8的顶部，最好与前述输出口平齐，可便于线材或带材6的出料。
在本实施例中，所述冷却液7为液氮或水。针对不同材质线材或带材，可选择不同滚压冲击强化处理温度，优选为液氮冷却温度，也可简化为通过水冷方式控制于室温温度。
在本实施例中，所述压板2水平设置并固定安装在超声换能器3上，所述密闭容器4的顶面上位于超声换能器3的两侧均固定有竖直设置并贯穿压板2的导向杆15，所述压板2的两端侧均开设有供相应侧导向杆15穿过的通孔，且压板2的两端侧均设有贯通至相应侧通孔的锁紧螺钉。通过锁紧螺钉可将压板2锁定在导向杆15上，从而能带动超声换能器3、超声工具头12及刚性冲击辊柱11实现位置固定，其可限定刚性冲击辊柱11和刚性轧辊8之间线材或带材6的通过高度，满足在超声滚压处理装置内的滚压端部限定通过高度的处理方式的需求；拧松锁紧螺钉，可允许压板2带动超声换能器3在压力气缸13的驱动下进行升降移动，通过压力气缸13可控制滚压端部对线材或带材的作用压力，(即刚性冲击辊柱11作用在线材或带材上的压力)，可满足采用超声滚压处理装置内的滚压端部恒定加载静压力的处理方式的需求。其不需要进行超声换能器3与压板2的分离和组装，也不需要在超声换能器3与压板2分离后对超声换能器3进行固定，应用较为方便。
上述超声换能器3将电振荡转换为28kHz超声波，超声变幅杆进一步放大振幅，驱动超声工具头12顶部的超硬碳化钨钴(WC/Co)刚性辊柱11(直径8mm，宽10mm；表面凸槽宽度5mm，高度2mm；表面粗糙度(Ra)：0.1μm，硬度：80HRC)产生纵向高频振动；采用激光位移传感器测量振动幅值，端部振幅为10μm；静载荷通过弹簧14施加，通过称重传感器测量为200N；刚性轧辊8的材质为高碳钢，表面凹槽宽度5mm，深1.8mm。T2带材匀速单向通过速率为10mm/s；液冷方式为水冷；工序如下：
S1、选材及清洗：选择微尺寸的T2带材，该材料的厚度为100μm，宽5mm，对该材料进行表面清洗去除脏污；
S2、超声冲击强化处理准备：在超声滚压处理装置内，拧松锁紧螺钉，允许压板2带动超声换能器3在压力气缸13的驱动下进行升降移动，通过压力气缸13控制滚压端部恒定加载的静压力为200N，T2带材通过速度为10mm/s、超声频率为28kHz、超声振幅为15μm；
S3、超声冲击强化处理：开启超声换能器3，启动传输辊轮10的驱动电机，通过多组传输辊轮10将步骤S1中经过清洗的T2带材匀速穿过上述超声滚压冲击机构，超声滚压处理装置对T2T2带材进行超声冲击强化处理；
S4、获得成品：对步骤S3中的经过超声冲击强化处理的带材进行收卷，得到超声冲击强化后截面尺寸均匀减薄为平均60μm的成品线材Ⅰ。
如图9所示，其中，图(a)为200μm直径的T2铜带材处理前截面的EBSD组织形貌图，图(b)为其晶粒尺寸分布图，图(c)为其晶界取向角分布图，由图可知，200μm直径的T2铜带材处理前截面的平均晶粒尺寸为2.5μm；低角度晶界(小于5°)为27％。经过上述水冷单道次连续超声滚压处理后，如图10所示，其中，图(a)为直径200μm的T2纯铜带材经单道次超声滚压处理后的截面组织照片，图(b)为图(a)中B区域的EBSD组织形貌图，图(c)、图(d)及图(e)分别为图(b)中c、d、e三个不同局部区域的TEM组织图，图(f)为其晶粒尺寸分布图，图(g)为其晶界取向角分布图，EBSD图以及不同区域的TEM图均表明显著细化的纳米晶粒在截面各处分布均匀，未产生梯度组织；晶粒尺寸分布图表明直径200μm的T2纯铜带材经单道次超声滚压处理后截面的平均晶粒尺寸减小为0.51μm；晶界取向角分布图表明低角度晶界(小于5°)降低为17.5％。因此，在严重塑性应变的作用下，小角度晶界转变为大角度晶界，表明材料内部产生了以连续动态再结晶机制为主的细晶过程。
另外，通过力学拉伸试验表明，经上述步骤处理后，线材的屈服强度由处理前的79Mpa提升至152Mpa。
实施例2
对宽度和厚度均为300μm的304奥氏体不锈钢线材进行多道次液冷控温的超声滚压连续冲击处理，采用的低温超声滚压冲击装置同实施例1。
上述超声换能器3将电振荡转换为20kHz超声波，超声变幅杆进一步放大振幅，驱动超声工具头12顶部的GCr15轴承钢刚性冲击辊柱11(直径6mm，宽10mm；表面凹槽宽度300μm，深度1mm；表面粗糙度(Ra)：0.1μm，硬度：64HRC)产生纵向高频振动；采用激光位移传感器测量振动幅值，端部振幅为30μm；将超声变幅杆固定，使冲击刚性辊柱11与刚性轧辊8间距离为超声振幅与线材厚度的一半之和，即30+150＝180(μm)；电机驱动的刚性轧辊8材质为高碳钢，表面凸槽宽度300μm，高2mm；304不锈钢线材匀速单向通过速率为15mm/s；液冷方式为液氮冷却；如图8所示，工序如下：
S1、选材及清洗：选择304奥氏体不锈钢线材，该材料的宽度和厚度均为300μm，对该材料进行表面清洗去除脏污；
S2、超声冲击强化处理准备：在超声滚压处理装置内，通过锁紧螺钉将压板2锁定在导向杆15上，能带动超声换能器3、超声工具头12及刚性冲击辊柱11实现位置固定，并限定冲击刚性辊柱11与刚性轧辊8之间的距离为180μm；304奥氏体不锈钢线材的通过速度为15mm/s、超声频率为20kHz、超声振幅为10μm；
S3、超声冲击强化处理：开启超声滚压处理装置，启动传输辊轮10的驱动电机，通过多组传输辊轮10使步骤S1中经过清洗的304奥氏体不锈钢线材匀速穿过上述超声滚压冲击机构，超声滚压处理装置对304奥氏体不锈钢线材进行超声冲击强化处理，得到截面厚度为158μm，宽度为300μm的处理线材Ⅰ；
S4、两片焊合：将两个步骤S3中获得的处理线材Ⅰ重叠后并通过超声波焊接装置，焊合后得到厚度恢复初始厚度(约300μm)的处理线材Ⅱ；
S5、软化退火处理：若处理线材Ⅱ出现严重加工硬化现象，则进行线材的高温短时软化退火(如：不锈钢线材在保护气氛下，在950℃下光亮退火15s,并随后快冷至500℃以下)，得到塑性回复的处理线材Ⅱ；
S6、多道次滚压处理：将步骤S5得到的处理线材Ⅲ重复进行步骤S3～S5，重复次数为2次；
S7、获得成品：对步骤S6中最终得到的线材进行收卷，得到截面尺寸未显著变化的成品线材Ⅱ。
如图11所示，为宽度和厚度均为300μm的304不锈钢线材处理前截面的EBSD组织图，晶粒组织为奥氏体，其平均晶粒尺寸为7.3μm。经过上述液氮冷却多道次连续超声滚压处理后的截面组织EBSD图，如图12所示，其平均晶粒尺寸减小为0.61μm。EBSD图表明显著细化的纳米晶粒在截面各处分布均匀。
通过力学拉伸试验表明，经上述步骤处理后，其屈服强度由处理前的201Mpa提升至370Mpa。
由上述内容可知，本发明提供的工艺方法对于微米级别的线材或带材能实现其厚度方向上晶粒的高效细化，且晶粒尺寸和形态分布均匀，显著提高了线材、带材的综合力学性能；提供的装置能连续高效引入严重塑性变形，实现线材或带材的连续低温超声冲击SPD强化处理，能满足两种冲击处理方式，应用价值较高。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
