基于孪生机制变形的金属材料超细晶组织的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于孪生机制变形的金属材料超细晶组织的制备方法

【技术实现步骤摘要】
基于孪生机制变形的金属材料超细晶组织的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料的微观组织结构优化
，尤其涉及一种基于孪生机制变形的金属材料超细晶组织制备方法
。

技术介绍

[0002]本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术
。
[0003]目前改善材料性能的方法有合金化和通过在晶格中引入缺陷结构改变材料结构这两类，其中，通过在材料中引入缺陷来改变材料的结构可以降低合金元素的用量，从而降低生产成本，是一种环保科学的办法
。
根据
Hall
‑
Petch
公式可知，多晶体金属材料的晶粒越细小，材料的强度越高，其本质是增加了材料中的晶界体积分数，提高了位错滑移的阻力，称之为“细晶强化”。
当孪晶片层被细化至纳米级时，孪晶界的体积分数增加则具有明显提高材料力学性能的效果
。
晶体中形成孪晶的主要方式有三种：
(1)
通过机械变形产生的变形孪晶，通常呈透镜状或片状；
(2)
生长孪晶，包括晶体自气态
、
液态或固体中长大时形成的孪晶；
(3)
变形金属通过再结晶退火而形成的退火孪晶，退火孪晶往往以相互平行的孪晶面为界横贯整个晶粒
。
目前，通过机械变形产生的孪晶的方法存在以下问题：
(1)
无法通过机械变形使得晶粒细化的金属形变过程中以孪生机制为主；
(2)
未见通过不同取向孪晶交叉分割和多级孪晶界面分割获得亚微米级的均匀超细晶金属结构材料的方法的报道
。

技术实现思路

[0004]为了解决目前现在技术存在的问题，本专利技术提供一种基于孪生机制变形的金属材料超细晶组织的制备方法
。
采用本方法制备的兼具韧性与塑性的超细孪晶结构有利于改善合金的组织性能，并可提升金属材料的耐腐蚀性和耐磨性，实现更优良和广泛地作为结构材料使用，且相较于合金化具有生产成本低的特点
。
[0005]本专利技术研究发现：具有纳米微结构的超细晶材料通常具有较高强度和更长的疲劳寿命，同时纳米晶金属材料的耐腐蚀性和耐磨性也会提升
。
为此，本专利技术基于变形诱导孪晶生成机制，针对孪生机制的金属材料提出了一种可实现超细孪晶组织结构的制备方法，通过制备兼具韧性与塑性的微观组织结构优化金属材料性能
。
采用拉
‑
压双向循环变形或多道次小变形多向锻造方式制备具有纳米孪晶结构的超细晶金属材料
。
双向循环应变或小变形量多向锻造对多变体
、
多层级孪晶的激活具有明显的促进作用，合适温度下的合理变形速率和总循环周次
(
或总多向锻造道次
)
对各层级孪晶变体数量
、
尺寸起到调控作用，必要情况下，结合单级或多级的短时热处理制度消除变形孪晶界面的高密度位错和其他亚稳相，恢复多级纳米孪晶界面的稳定性，优化金属性能
。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种通过机械孪晶变形制备超细晶金属材料的方法，包括
如下步骤：
[0008](1)
准备具有孪生变形机制的金属材料；
[0009](2)
将准备好的金属材料进行拉
‑
压双向循环变形或多道次小变形多向锻造
。
[0010]进一步的，所述具有孪生变形机制的金属材料包括具有体心立方结构
、
面心立方结构或密排六方结构的金属材料
。
[0011]更进一步的，所述具有体心立方结构的金属材料包括
β
型钛合金
、
铁素体钢
、
中
/
高熵合金等
。
[0012]更进一步的，所述具有面心立方结构的金属材料包括铜合金
、
奥氏体钢
、
中
/
高熵合金等
。
[0013]更进一步的，所述具有密排六方结构的金属材料包括
α
型钛合金
、
镁合金等
。
[0014]进一步的，步骤
(1)
具体为：将金属材料加工成适合进行机械变形的形状
。
[0015]进一步的，所述拉
‑
压双向循环变形或多道次小变形多向锻造在
‑
200℃
‑
50℃
的温度范围进行
。
[0016]进一步的，所述拉
‑
压双向循环变形的单向变形量控制为
0.5
％
‑5％，变形速率为
0.001s
‑1‑
100s
‑1，总循环周次为5周
‑
10000
周
。
[0017]进一步的，所述多道次小变形多向锻造单道次变形量控制为1％
‑
10
％，变形速率为
0.01s
‑1‑
1000s
‑1，换向次数为3次
‑
100
次，变形总道次数控制为3次
‑
100
次
。
[0018]完成后得到的材料经打磨
、
抛光和腐蚀处理后在显微镜下观察可见大量孪晶的超细晶组织结构，本方法通过孪生变形机制获得的超细晶组织尺寸为
0.01
μ
m
‑
10
μ
m。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种保持孪晶尺寸的超细晶组织热处理方法，包括如下步骤：
[0020]将拉
‑
压循环变形或多向锻造后的具有超细孪晶组织结构的金属材料进行热处理；所述热处理包括多级或单级短时热处理，其中，多级热处理的第一级温度控制在
400℃
‑
600℃
，保温时间为
5min
‑
30min
，冷却方式包括空冷和水淬，多级热处理的最后一级温度控制在
680℃
‑
780℃
，保温时间为
1min
‑
10min
，冷却方式为大于或等于油淬的冷却速度
(
包括油淬
、
水淬
、
干冰和液氮冷却
)
；所述单级短时热处理的温度控制在
680℃
‑
780℃
，保温时间为
1min
‑
10min
，冷却方式为大于或等于油淬的冷却速度
(
包括油淬
、
水淬
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种通过机械孪晶变形制备超细晶金属材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
准备具有孪生变形机制的金属材料；
(2)
将准备好的金属材料进行拉
‑
压双向循环变形或多道次小变形多向锻造
。2.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述具有孪生变形机制的金属材料包括具有体心立方结构
、
面心立方结构或密排六方结构的金属材料
。3.
根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述具有体心立方结构的金属材料包括
β
型钛合金
、
铁素体钢
、
中
/
高熵合金；所述具有面心立方结构的金属材料包括铜合金
、
奥氏体钢
、
中
/
高熵合金；所述具有密排六方结构的金属材料包括
α
型钛合金
、
镁合金
。4.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤
(1)
中，将金属材料加工成适合进行机械变形的形状
。5.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述拉
‑
压双向循环变形或多道次小变形多向锻造在
‑
200℃
‑
50℃
的温度范围进行
。6.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述拉
‑
压双向循环变形的单向变形量控制为
0.5
％
‑5％，变形速率为
0.001s
‑1‑
100s
‑1，总循环周次为5周
‑
10000
周
。7.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述多道次小变形多向锻造单道次变形量控制为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铁伟，孙冰清，张珊珊，刘元才，张海羲，梁森，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：