一种强韧化高强钢局域的方法技术

本发明专利技术公开了一种强韧化高强钢局域的方法，包括以下步骤：将钨电极安装到工作台移动端，将试样置于工作台上，并使待强韧化局域与钨电极中心对齐。开启脉冲电源，设置脉冲序列控制面板参数，包括消脆脉冲电流和配分脉冲电流的大小和宽度、脉冲序列的频率、以及脉冲间隔宽度。开启脉冲操作开关，钨电极下移至工件表面接触，作用在高强钢局域。作用时间达到脉冲序列设置的数量后，脉冲操作开关闭合。钨合金电极恢复至待机状态。本发明专利技术能够有效消除和减少高强钢局域的裂纹、杂质、粗晶和脆性组元的尺寸，形成晶界薄膜层状奥氏体、增加晶界薄膜奥氏体含量以及细化马氏体晶粒尺寸，从而增加局域强韧性。而产生的局域不超过0.2 mm。mm。mm。

【技术实现步骤摘要】
一种强韧化高强钢局域的方法


[0001]本专利技术涉及钢材强韧化方法，具体涉及一种强韧化高强钢局域的方法。

技术介绍

[0002]高强钢制造和服役过程中不可避免存在裂纹、脆性杂质（如硫、磷等元素的化合物）、脆性组元（如块状外层为马氏体而内层为奥氏体）以及应力等，使钢材局域出现软化与脆化现象。特别地，如高强钢焊接热影响区局域，宽度在亚厘米量级。软化与脆化的局域成为结构薄弱部位，导致结构低应力破坏，寿命低。
[0003]针对钢材的脆化和软化，目前广泛使用的强韧化方法是热处理和电流脉冲处理方法，且是针对工件整体的处理。而采用电脉冲方法愈合钢中裂纹，是裂纹在无熔化情况下的愈合，其机理在于快速温升引起的瞬时热压应力促使裂纹愈合，未涉及组织变化。而采用脉冲序列方法，且处理区域是局限于亚厘米量级宽度，且强韧化机理除了细化晶粒之外，以形成一定质量分数的层状塑性相（即奥氏体）的相变的强韧机制的，未见有关文献披露。
[0004]铁素体和奥氏体同为实现钢材强韧化的塑性相。正如大角度针状铁素体有效增加强韧性而网状铁素体降低强韧性，奥氏体的几何形态同样影响材料强韧性。块状马氏体
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奥氏体组元外部为脆性马氏体，内部是奥氏体，有高脆性。薄膜层状形态的奥氏体，奥氏体良好塑性才能有效增加韧性，而且有相变诱导塑性机制，强韧性大幅增加。因此，利用薄膜层状奥氏体良好塑性，是现代高强钢强韧化的重要途径之一。
[0005]然而低碳含量的奥氏体相只存在于高温，使其室温稳定主要基于两个原理：化学成分稳定和机械稳定。化学稳定是指通过增加其化学成分，如碳、锰、铬、镍等合金元素，可以降低马氏体开始转变点，从而使奥氏体室温稳定。研究表明，当碳含量大于0.6%时，马氏体转变终了温度会降至室温以下，奥氏体能残留至室温。淬火
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配分工艺是基于化学成分稳定性理论，将钢加热至400℃左右，利用该温度时碳原子在面心立方晶格中扩散速度大于体心立方晶格的固相扩散原理，使碳由马氏体向奥氏体扩散，奥氏体组织富碳而残留至室温。获得室温奥氏体的另一机制为机械稳定，由于奥氏体向马氏体转变为体积膨胀过程，该过程产生压应力抑制奥氏体相变。形变热处理钢为奥氏体机械稳定性例。而且，在机械大应变作用下，奥氏体以薄膜状存在。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种强韧化高强钢局域的方法，该方法是利用消脆脉冲序列产生集中的热熔化高强钢局域的脆性马氏体
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奥氏体组元、粗大晶粒以及裂纹等脆性因素。利用集中的热产生的集中热应力挤压结晶组织，形成奥氏体机械稳定条件，并使熔化组织结晶为薄膜状。同时利用集中的热使熔化区域集中碳元素，形成奥氏体化学稳定条件。利用400℃时碳原子扩散速度远大于铁原子、且碳原子在面心立方晶格中扩散速度远大于体心立方晶格的原理，采用配分脉冲将消脆脉冲的结晶组织加热到400℃左右并维持足够时间，使结晶组织中含碳量高。从而综合利用奥氏体机械稳定性和化学稳定性原理，使奥氏体以
高韧性的薄膜状稳定至室温，并具有一定质量分数。这一工艺过程可以使粗晶和马氏体
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奥氏体组元的消减、晶粒细化以及增韧奥氏体形成，从而达到高强钢局域强韧性增加的目的。而产生的热影响区宽度窄至0.2mm以内。
[0007]为了解决现有电脉冲整体强韧化和热处理技术存在的问题，本专利技术采用的技术方案是：一种强韧化高强钢局域的方法，包括以下步骤：将钨合金电极安装到可以锁紧的工作台移动端电，将待脉冲序列韧化的高强钢试样置于工作台，移动高强钢试样，使高强钢试样的待强韧化局域与钨合金电极中心对齐；开启工作台开关，脉冲电源的开关同步开启；设置消脆脉冲电流为15
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50A/mm2、配分脉冲电流为4
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12A/mm2；消脆脉冲电流脉冲宽度为10
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40ms、配分脉冲电流脉冲宽度为200
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400ms；开启脉冲操作开关，钨合金电极在工作台移动端电驱动下下移至与高强钢试样待强韧化局域表面接触，发出脉冲序列，脉冲序列作用于高强钢试样待强韧化局域；脉冲电场的方向与高强钢试样表面基本垂直，作用时间满脉冲波数量后，钨合金电极离开工件，脉冲操作开关闭合；钨合金电极升高至恢复原位。
[0008]进一步地，一个脉冲序列是消脆脉冲电流与配分脉冲电流按时间顺序的组合,消脆脉冲发出后，间隔300
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500ms，配分脉冲发出。
[0009]进一步地，所述脉冲序列由频率为0.6
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1.1Hz的2
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5个脉冲组合组成。
[0010]进一步地，所述脉冲电场产生的电流作用斑点≤0.2mm。
[0011]进一步地，所述脉冲序列产生薄膜层状奥氏体。进一步地，所述消脆脉冲电流和配分脉冲电流均是矩形脉冲电流或正弦波脉冲电流。
[0012]本专利技术所具有的优点和有益效果是：本专利技术一种强韧化高强钢局域的方法利用包括消脆和配分两个脉冲电流的组合、且由多个组合构成的脉冲序列使局域组织形成层状奥氏体组织和细小马氏体以实现强韧化。利用脆性因素如裂纹、杂质和脆性组元电阻率高，使电流绕流，绕流处因高密度电流而局部熔化的特点，采用具有窄带大电流特征的消脆脉冲使脆性因素熔化后快速结晶，不仅细化结晶晶粒，而且，由于热量集中形成温度梯度和电位梯度以及应力梯度，促使碳向熔化处扩散、压应力集中于熔化处，使晶界形成薄膜层状奥氏体。为进一步调节奥氏体质量分数，利用碳在400℃左右在面心立方晶格中扩散速度大于体心立方晶格的原理，采用配分脉冲使消脆脉冲形成的马氏体中的碳进一步向奥氏体中扩散，使奥氏体富碳而达到化学室温稳定的目的。而且，奥氏体质量分数达到8
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14%之间，从而增加强韧性。与整体强韧化工件的电脉冲参数相比，本专利技术所采用的消脆脉冲参数具有脉冲电流密度大、脉冲宽度窄的特点，且采用了配分脉冲。与电脉冲整体强韧化工件机理相比，电脉冲细化晶粒和以铁素体为塑性相，而本专利技术所采用的脉冲序列方法是利用相变形成奥氏体塑性相，与马氏体结合实现强韧化。与愈合裂纹电脉冲方法相比，愈合裂纹电脉冲时产生热促进原子扩散而未发生熔化，而本专利技术采用的消脆脉冲使脆性区域熔化而基体不熔化。
[0013]本专利技术所采用的消脆脉冲电流作用时间短，高温聚集在作用斑点区域。脆性组元如马氏体
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奥氏体组元及引起的微裂纹电阻率大，电流绕过组元，组元的晶界电流密度高，热量积聚，产生高温度。脆性组元集中电流密度和热量示意如图3所示；粗晶积聚大电流和
高热量的原因在于尺寸大，电阻小，电流大，产生热量高，电流导致热量集中如图4所示。脆性组元和粗晶使电
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焦耳热效应集中。集中的焦耳热效应包括：（i）使原子具有足够能量而脱离平衡位置向四周扩散；（ii） 集中的焦耳热使原子在高温度和高热量区域扩散更快，从而聚集原子；（iii）集中的焦耳热使产生的非焦耳热集中。
[0014]非焦耳热包括：（i）空穴携带原子扩散；（ii）热膨胀引起压应力。集中的非焦耳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强韧化高强钢局域的方法，其特征在于包括以下步骤：将钨合金电极安装到可以锁紧的工作台移动端电极（2），将待脉冲序列韧化的高强钢试样置于工作台，移动高强钢试样，使高强钢试样的待强韧化局域与钨合金电极中心对齐；开启工作台开关，脉冲电源（4）的开关同步开启；设置消脆脉冲电流为15
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50A/mm2、配分脉冲电流为4
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12A/mm2；消脆脉冲电流脉冲宽度为10
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40ms、配分脉冲电流脉冲宽度为200
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400ms；开启脉冲操作开关，钨合金电极在工作台移动端电极（2）驱动下下移至与高强钢试样待强韧化局域表面接触，发出脉冲序列，脉冲序列作用于高强钢试样待强韧化局域；脉冲电场的方向与高强钢试样表面基本垂直，作用时间满脉冲波数量后，钨合金电极离开工件，脉冲操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈章兰，熊云峰，李振宇，李宗民，李晓文，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：