細化晶粒的加工-熱處理工藝及其在鈦合金上的應(yīng)用
  來源:材料科學(xué)與工程 發(fā)布時間:2017年02月13日 點擊數(shù):

  用大塑性變形(SPD)方法細化晶粒受到關(guān)注,已有許多這方面的研究報告,但在實際應(yīng)用時,其在成本及對熱處理型合金的適用性等方面仍面臨許多困難。日本研究人員開發(fā)了可連續(xù)進行高效生產(chǎn)并能細化晶粒的加工-熱處理工藝(RMA-CREO,簡稱CREO)。這種方法把棒材在高頻線圈中局部加熱、冷卻,在局部形成變形抗力低的區(qū)域,在這個區(qū)域給試樣施加扭轉(zhuǎn)力,產(chǎn)生的剪切變形使晶粒細化,細化的組織由水冷裝置進行強制冷卻以防晶粒粗化。加熱扭轉(zhuǎn)變形通過在軸向的連續(xù)移動可以進行連續(xù)的細晶化處理。一種材料只要其在加熱狀態(tài)可變形就可用CREO法進行晶粒細化處理,該方法可用于鋁、鎂、鋼、不銹鋼、Ti-6Al-4V合金、銅合金等金屬材料。由于CERO法是一種非接觸工藝方法,可在高溫下給予強應(yīng)變,隨后急冷,是一種高效的熱處理方法。以往的SPD方法往往難以適用于熱處理型合金,而CREO法可進行有效的熱處理以大幅提高材料的性能。CREO處理的原理和效果大致有如下3種。

  一是晶粒細化效果,即扭轉(zhuǎn)引起剪切變形,使晶粒伸長,這種伸長變形會產(chǎn)生應(yīng)變,從而使晶粒細化。由于是短時間加熱,應(yīng)變后會得到等軸的細小再結(jié)晶晶粒。

  二是提高固溶效果,即加熱和CREO的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變引起原子間間距擴大而促進固溶,實現(xiàn)固溶強化。

  三是結(jié)晶方向的控制效果,即對于主滑移面(0001)有強的各向異性的HCP鈦合金等,可通過CREO處理給予所定角度一定的織構(gòu)而控制這種材料的各向異性。研究人員通過對純鈦、Ti-6Al-4V、β鈦合金等的CREO處理,確認了這種方法可細化鈦的晶粒。如對純鈦進行CREO處理,其晶??捎?0~100μm細化到2~20μm。研究人員還將經(jīng)CREO處理的直徑19mm的純鈦棒材通過鍛造成形為半徑約90mm、厚度約3mm的圓盤。研究表明,鍛造成形可進一步細化晶粒,提高其性能。綜上所述,這種RMA-CREO方法是一種可期待量產(chǎn)的實用型細化晶粒的加工-熱處理工藝。

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