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細化晶粒的加工-熱處理工藝及其在鈦合金上的應用

2019-01-03 1702

  用大塑性變形(SPD)方法細化晶粒受到關注,已有許多這方面的研究報告,但在實際應用時,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。日本研究人員開發了可連續進行高生產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域,在這個區域給試樣施加扭轉力,產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。加熱扭轉變形通過在軸向的連續移動可以進行連續的細晶化處理。種材料只要其在加熱狀態可變形就可用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法是種非接觸工藝方法,可在高溫下給予強應變,隨后急冷,是種高的熱處理方法。以往的SPD方法往往難以適用于熱處理型合金,而CREO法可進行有的熱處理以大幅提高材料的性能。CREO處理的原理和果大致有如下3種。

  是晶粒細化果,即扭轉引起剪切變形,使晶粒伸長,這種伸長變形會產生應變,從而使晶粒細化。由于是短時間加熱,應變后會得到等軸的細小再結晶晶粒。
  二是提高固溶果,即加熱和CREO的扭轉應變引起原子間間距擴大而促進固溶,實現固溶強化。
  三是結晶方向的控制果,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處理給予所定角度定的織構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,其晶粒可由20~100μm細化到2~20μm。研究人員還將經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,鍛造成形可進步細化晶粒,提高其性能。綜上所述,這種RMA-CREO方法是種可期待量產的實用型細化晶粒的加工-熱處理工藝。今后將對具體的加工件進行積的實用化探討。

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