一种多角度晶界纯铁材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，具体涉及一种多角度晶界纯铁材料及其制备方法。本发明专利技术提供了一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，包括以下步骤：将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料；所述初级纯铁材料的表面粗糙度≤0.8μm，塑变处理后所得材料的横向应变率≥30％；将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。本发明专利技术提供的制备方法有利于同时提高纯铁材料的强度、硬度和塑性。实验结果表明，由本发明专利技术提供的方法得到的多角度晶界纯铁材料硬度达36.2HRC，拉伸强度达855MPa，伸长率达49.3％，断裂韧性达48.9MPa·m

【技术实现步骤摘要】
一种多角度晶界纯铁材料及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种多角度晶界纯铁材料及其制备方法。
技术介绍
纯铁材料具有优良的延展性和塑性，容易锻造和焊接。但受到铸态纯铁材料本征结构的限制，纯铁材料强度、硬度性能较低，难以推广应用。现有的纯铁性能强化方法(如微合金化合单一塑变热处理)均难以有效协调纯铁材料强度(或硬度)与塑性的关系，主要因为其显微组织调节局限，其中微合金化由于过度合金强化、弥散强化效应，降低了材料塑性，并且不符合材料素化思想；单一塑变热处理对组织调节有限，效果一般。简言之，现有技术优化纯铁材料的微观组织结构效果欠佳，无法兼顾同时提高纯铁材料的强度、硬度和塑性性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，由本专利技术提供的制备方法得到的多角度晶界纯铁材料，具有强度和硬度高同时塑性优良的特点；本专利技术还提供了一种多角度晶界纯铁材料。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，包括以下步骤：将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料；所述初级纯铁材料的表面粗糙度≤0.8μm，塑变处理后所得材料的横向应变率≥30％；将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。优选的，所述预处理包括依次进行的去锈处理和防氧化处理。优选的，所述去锈处理为高能粒子束轰击；所述高能粒子束轰击中，粒子源为一氧化碳等离子体，电源功率为2.6～4.3kW，时间为12～18min。优选的，所述防氧化处理为烘烤处理；所述烘烤处理中，烘烤蒸汽为氢氧化钾蒸汽，蒸汽温度为710～790℃，烘烤时间为6～11min。优选的，所述塑变处理和去应力处理用设备为双向高压扭转并感应回复系统；所述快速塑变处理和去应力处理的条件包括：扭转力为800～1240MPa，反向扭转周期为36～67s，扭转速率为7～12rpm，感应加热温度为780～860℃，单次加热时间为6～11s，加热间隔时间为2～4s，加热次数为12～17次。优选的，所述二维延展变形处理为微曲面锻锤；所述二维延展变形处理的条件包括：有效锤击力为320～410MPa，同位置锤击次数为3～6次。优选的，所述淬冷处理为双喷淬冷；所述淬冷处理的条件包括：淬冷温度为760～910℃，淬冷介质为去离子水，淬冷介质的温度为65～75℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的多角度晶界纯铁材料。优选的，所述多角度晶界纯铁材料的硬度≥33HRC，拉伸强度≥830MPa，伸长率≥47％，断裂韧性≥47.5MPa·m1/2。本专利技术提供了一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，包括以下步骤：将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料；所述初级纯铁材料的表面粗糙度≤0.8μm，塑变处理后所得材料的横向应变率≥30％；将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。本专利技术所述塑变并去应力处理有利于纯铁晶粒的有效细化和晶界的初期调节，制造高能晶界；二维延展变形处理用于高能晶界的低能化处理，有利于防止后续快速淬冷处理产生残余内应力；淬冷处理有利于前期的晶粒、晶界调控结果保存下来，且不像碳钢那样产生马氏体或贝氏体相变，可以显著提高纯铁材料的力学性能；同时，本专利技术通过依次进行的预处理、塑变并去应力处理、二维延展变形处理和淬冷处理形成完整的纯铁材料制备流程，具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性强的特点，有利于实现纯铁材料多角度晶界结构，有利于同时提高纯铁材料的强度、硬度和塑性。实验结果表明，由本专利技术提供的方法得到的多角度晶界纯铁材料硬度为34～36.2HRC，拉伸强度为835～855MPa，伸长率为48～49.3％，断裂韧性为47.5～48.9MPa·m1/2。具体实施方式本专利技术提供了一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，包括以下步骤：将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料；所述初级纯铁材料的表面粗糙度≤0.8μm，塑变处理后所得材料的横向应变率≥30％；将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。本专利技术将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料。本专利技术对所述铸态纯铁棒料的获取方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的铸态纯铁棒料获取方式即可，具体的，如市售购买或自主制备；本专利技术对所述制备的工艺没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的铸态纯铁棒料的制备方法即可。本专利技术对所述铸态纯铁棒料的尺寸没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的铸态纯铁棒料的尺寸即可。在本专利技术中，所述预处理优选包括依次进行的去锈处理和防氧化处理。所述预处理的设备优选为喷烤一体装置。在本专利技术中，所述去锈处理优选为高能粒子束轰击。在本专利技术中，所述高能粒子束轰击中，粒子源优选为一氧化碳等离子体；电源功率优选为2.6～4.3kW，更优选为2.9～4.0kW；时间优选为12～18min，更优选为13～17min。本专利技术通过去锈处理，有利于洁净纯铁棒料表面，且保持低的表面粗糙度。在本专利技术中，所述防氧化处理的方式优选为烘烤处理。在本专利技术中，所述烘烤处理中，烘烤蒸汽优选为氢氧化钾蒸汽；蒸汽温度优选为710～790℃，更优选为730～770℃；烘烤时间优选为6～11min，更优选为7～10min。本专利技术通过防氧化处理有利于缓解后续塑变并感应加热过程中的表面氧化，保证纯铁材料的纯净性。在本专利技术中，所述塑变处理和去应力处理用设备优选为双向高压扭转并感应回复系统。在本专利技术中，所述塑变处理和去应力处理中的扭转力优选为800～1240MPa，更优选为850～1200MPa；反向扭转周期优选为36～67s，更优选为40～60s；扭转速率优选为7～12rpm，更优选为7～10rpm；感应加热温度优选为780～860℃，更优选为800～840℃；单次加热时间优选为6～11s，更优选为7～10s；加热间隔时间优选为2～4s，更优选为2s、3s或4s；加热次数优选为12～17次，更优选为13～16次。本专利技术进行快速塑变并应力处理，有利于晶粒的有效细化和晶界的初期调节，制造高能晶界。得到初级纯铁材料后，本专利技术将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。在本专利技术中，所述二维延展变形处理优选为微曲面锻锤。在本专利技术中，所述二维延展变形处理中有效锤击力优选为320～410MPa，更优选为350～380MPa；同位置锤击次数优选为3～6次，更优选为4～5次。本专利技术所述二维延展变形处理用于高能晶界的低能化处理，有利于防止后续淬冷处理产生残余内应力。在本专利技术中，所述淬冷处理优选为双喷淬冷法。在本专利技术中，所述淬冷处理中淬冷温度优选为760～910℃，更优选为780本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料；所述初级纯铁材料的表面粗糙度≤0.8μm，塑变处理后所得材料的横向应变率≥30％；/n将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种多角度晶界纯铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铸态纯铁棒料依次进行预处理、塑变处理和去应力处理，得到初级纯铁材料；所述初级纯铁材料的表面粗糙度≤0.8μm，塑变处理后所得材料的横向应变率≥30％；
将所述初级纯铁材料依次进行二维延展变形处理和淬冷处理，得到所述多角度晶界纯铁材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包括依次进行的去锈处理和防氧化处理。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述去锈处理为高能粒子束轰击；所述高能粒子束轰击中，粒子源为一氧化碳等离子体，电源功率为2.6～4.3kW，时间为12～18min。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述防氧化处理为烘烤处理；所述烘烤处理中，烘烤蒸汽为氢氧化钾蒸汽，蒸汽温度为710～790℃，烘烤时间为6～11min。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述塑变处理和去应力处理用设备为双向高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾桃桃，董洪峰，李文虎，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61