一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统技术方案

本发明专利技术属于金属材料技术领域，具体涉及一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统。本发明专利技术提供的热处理方法，包括以下步骤：将金属工件进行磁场热处理后淬火冷却，完成热处理；其中金属工件包括纯金属工件或合金工件，当金属工件为纯金属工件时，磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当金属工件为合金工件时，磁场热处理的温度高于合金固相线温度，低于合金液相线温度；磁场热处理的时间为0.5～10h，磁场强度为0.5～12T。本发明专利技术将金属工件加热升温使金属工件处于半固体状态，在磁场中保温0.5～10h改变金属工件晶界微观形貌，增加锯齿形晶界比例，提高金属工件的抗蠕变性和抗腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统
本专利技术属于金属工件热处理
，具体涉及一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统。
技术介绍
随着科技不断发展，纯金属或合金被广泛应用，为了适应高温等特殊作业环境，需要提高纯金属或合金的晶界强度，防止晶界上裂纹和孔洞的形成与长大，减少沿晶断裂的趋势。锯齿形晶界能够降低高温下晶界的移动速率和裂纹扩展速率，提高抵抗高温蠕变断裂和疲劳裂纹扩展的抗力，以及抗腐蚀性能。目前主要采用固溶处理后进行缓冷的方式获得锯齿形晶界，但是固溶处理需要非常高的温度(>1000℃)，而且高温固溶处理过程中容易形成粗大的γ'相从而降低金属或合金的力学性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法，本专利技术所提供的热处理方法条件温和，且能够有效增加微观锯齿形晶界比例。本专利技术提供了一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法，包括以下步骤：将金属工件进行磁场热处理后淬火冷却，完成热处理；所述金属工件包括纯金属工件或合金工件，当所述金属工件为纯金属工件时，所述磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当所述金属工件为合金工件时，所述磁场热处理的温度为高于合金固相线温度，低于合金液相线温度；所述磁场热处理的时间为0.5～10h；所述磁场热处理的磁场强度为0.5～12T。优选的，所述磁场热处理的磁场强度为5～10T。优选的，所述磁场热处理的温度由室温升温得到，所述升温的升温速率为0.15～0.19℃/s。优选的，所述淬火冷却用介质包括水、煤油或Ga-In-Sn共晶合金溶液；所述Ga-In-Sn共晶合金溶液中Ga、In和Sn的质量比为0.625:0.215:0.16或0.66:0.205:0.135。优选的，所述淬火冷却的降温速率为140～160℃/s。优选的，所述合金工件包括Al-Cu合金；所述金属工件包括纯Al金属工件、纯Cu金属工件、纯Ni金属工件或纯Fe金属工件。本专利技术还提供了上述技术方案所述热处理方法所用的热处理系统，包括：磁场发生装置1，加热装置2，淬火冷却装置6，抽拉杆5，耐高温器皿4，电动机7和丝杆8；所述磁场发生装置1为竖直放置的中空圆筒结构，所述加热装置2位于磁场发生装置1内部；所述淬火冷却装置6位于所述加热装置2的下方，所述淬火冷却装置6上部设有开口，用于将金属工件放入淬火冷却装置6；所述抽拉杆5穿过淬火冷却装置6底部中心，所述抽拉杆5顶部设有耐高温器皿4，所述抽拉杆5通过丝杆8与电动机7连接；通过调节所述抽拉杆5能够调节所述耐高温器皿4的上下位置。优选的，所述加热装置2具有与磁场发生装置1同心的圆筒结构。优选的，所述淬火冷却装置嵌入所述磁场发生装置1中，且所述淬火冷却装置6顶部未开口部分与所述加热装置2的下端接触连接。优选的，所述淬火冷却装置6外侧设有冷却管9。本专利技术提供的提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法，包括以下步骤：将金属工件进行磁场热处理后淬火冷却；其中金属工件包括纯金属工件或合金工件，当金属工件为纯金属工件时，磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当金属工件为合金工件时，磁场热处理的温度为高于合金固相线温度，低于合金液相线温度；磁场热处理的时间为0.5～10h；磁场热处理的磁场强度为0.5～12T。本专利技术所提供的热处理方法条件温和，将金属工件进行磁场热处理，在磁场热处理的温度下，金属工件处于半固体状态，在磁场强度为0.5～12T的磁场中保温0.5～10h改变金属工件晶界微观形貌，即可增加微观锯齿形晶界比例，提高合金的抗蠕变性能和抗腐蚀性能。附图说明图1为本专利技术提高金属工件锯齿形晶界比例的原理图；图2为以合金工件为处理试样的热处理方法的工艺流程图；图3为本专利技术热处理方法用的热处理系统的示意图，其中1-磁场发生装置、2-加热装置、3-金属工件、4-耐高温器皿、5-抽拉杆、6-淬火冷却装置、7-电动机、8-丝杆、9-冷却管；图4为Al-Cu合金的金相组织图和晶界放大图；其中a1为热处理前Al-Cu合金宏观组织图，b1为对比例1获得热处理后Al-Cu合金的宏观组织图，b2为对比例1获得热处理后Al-Cu合金的晶界放大，c1为实施例1获得热处理后Al-Cu合金的宏观组织图，c2为实施例1获得热处理后Al-Cu合金的晶界放大图。具体实施方式本专利技术提供了一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法，包括以下步骤：将金属工件进行磁场热处理后淬火冷却，完成热处理；所述金属工件包括纯金属工件或合金工件，当所述金属工件为纯金属工件时，所述磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当所述金属工件为合金工件时，所述磁场热处理的温度为高于合金固相线温度，低于合金液相线温度；所述磁场热处理的时间为0.5～10h；所述磁场热处理的磁场强度为0.5～12T。本专利技术首先将金属工件进行磁场热处理。在本专利技术中，所述金属工件包括纯金属工件或合金工件，当所述金属工件为纯金属工件时，所述磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当所述金属工件为合金工件时，所述磁场热处理的温度为高于合金固相线温度，低于合金液相线温度。在本专利技术中，所述金属工件在磁场热处理温度下呈半固体状态。本专利技术对所述金属工件的形状无特殊要求，可以为任意形状，如线材。在本专利技术中，所述纯金属工件优选为纯Al金属工件、纯Cu金属工件、纯Ni金属工件、纯Fe金属工件。在本专利技术中，所述合金工件优选为Al-Cu合金。本专利技术实施例中选用Al-Cu合金线材，以质量百分含量计，所述Al-Cu合金线材中Cu的含量为5.7％，所述Al-Cu合金线材的磁场热处理的温度优选为568℃。在本专利技术中，所述磁场热处理的温度由室温升温得到，所述升温的升温速率优选为0.15～0.19℃/s，更优选为0.17℃/s。在本专利技术中，所述升温过程中不施加磁场，升温得到磁场热处理温度时施加磁场，在磁场条件下保温。在本专利技术中，所述磁场热处理的时间为0.5～10h，优选为1～10h，更优选为10h；所述磁场热处理的磁场强度为0.5～12T，优选为5～10T。本专利技术通过磁场的作用能够获得分布均匀的锯齿形晶界，同时通过调节磁场的强度能够控制锯齿形晶界的比例和形貌。在本专利技术中，所述金属工件中的晶粒在磁场中产生磁转矩，晶粒之间的扭转导致在晶界处堆积局部应变，局部应变进而驱动晶界发生局部迁移，大幅度提高金属微米尺度锯齿形晶界比例。其作用原理如图1所示，图1中Ⅰ代表未施加外加磁场的随机取向的晶粒以及晶界示意图，其中晶粒A、晶粒B、晶粒C、晶粒D、晶粒E、晶粒F和晶粒G表示六个单个而相邻的晶粒；Ⅱ代表施加磁场后的晶粒以及晶界示意图，由于单个晶粒A、晶粒B、晶粒C、晶粒D、晶粒E、晶粒F和晶粒G的易磁化轴方向与外加磁场的方向(垂直于纸面向外)夹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法，包括以下步骤：/n将金属工件进行磁场热处理后淬火冷却，完成热处理；/n所述金属工件包括纯金属工件或合金工件，当所述金属工件为纯金属工件时，所述磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当所述金属工件为合金工件时，所述磁场热处理的温度为高于合金固相线温度，低于合金液相线温度；/n所述磁场热处理的时间为0.5～10h；/n所述磁场热处理的磁场强度为0.5～12T。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法，包括以下步骤：
将金属工件进行磁场热处理后淬火冷却，完成热处理；
所述金属工件包括纯金属工件或合金工件，当所述金属工件为纯金属工件时，所述磁场热处理的温度为纯金属熔点的70～80％；当所述金属工件为合金工件时，所述磁场热处理的温度为高于合金固相线温度，低于合金液相线温度；
所述磁场热处理的时间为0.5～10h；
所述磁场热处理的磁场强度为0.5～12T。


2.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述磁场热处理的磁场强度为5～10T。


3.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述磁场热处理的温度由室温升温得到，所述升温的升温速率为0.15～0.19℃/s。


4.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述淬火冷却用介质包括水、煤油或Ga-In-Sn共晶合金溶液；所述Ga-In-Sn共晶合金溶液中Ga、In和Sn的质量比为0.625:0.215:0.16或0.66:0.205:0.135。


5.根据权利要求1或4所述热处理方法，其特征在于，所述淬火冷却的降温速率为140～160℃/s。


6.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述合金工件包括Al-Cu合金；所述金属工...

【专利技术属性】
技术研发人员：任忠鸣，王江，帅三三，黄成林，王鹏川，陈超越，胡涛，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31