[發(fā)明專利]晶粒尺寸可控雙峰分布的塊體超細(xì)/納米晶合金制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710025150.8
• 申請(qǐng)日: 2007-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN101348869A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王經(jīng)濤;夏少華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/00
• 分類號(hào): C22C1/00;C22F1/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 朱顯國

一技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可應(yīng)用于共析與共晶體系合金的金屬材料類領(lǐng)域，特別是一種實(shí)現(xiàn)晶粒尺寸雙峰分布組織參數(shù)控制以改善塊體超細(xì)晶/納米晶材料力學(xué)性能的方法。

二背景技術(shù)

根據(jù)著名的霍爾-佩奇關(guān)系公式，強(qiáng)度隨晶粒尺寸的減小而增大。當(dāng)晶粒尺寸減小至亞微米乃至納米尺度時(shí)，其強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通多晶材料。迄今為止得到的塊體納米金屬材料雖然強(qiáng)度很高，但其室溫塑性都很低。在晶粒尺寸小于30納米的完全納米晶材料中，往往呈現(xiàn)出極低的室溫拉伸塑性，通常斷裂延伸率不足5％，表現(xiàn)出脆性行為[C.C.Koch，Microsample?tensile?testing?nanocrystalline?copper.Scripta?Materialia49(2003)657-662]；甚至許多納米晶材料在拉伸變形過程的彈性階段就已經(jīng)達(dá)到它們的斷裂應(yīng)力；更為重要的是，在工程中極為有用的均勻拉伸變形在幾乎所有的納米結(jié)構(gòu)材料中都接近于零[C.C.Koch，Nanostructured?materials；processiing，properties?and?applications.J?Metast?Nanocryst?Mater2003；18：9]。眾多研究表明，塊體納米晶材料加工硬化能力缺失是導(dǎo)致局部應(yīng)力集中產(chǎn)生塑性失穩(wěn)，直至引發(fā)過早斷裂的原因[E.Ma，Instabilitiesand?ductility?of?nanocrystalline?and?ultrafine-grained?metals.Scripta?Materialia49(2003)663-668]。

有研究表明在塊體納米晶基體上引入一定比例的微米晶，形成具有晶粒尺寸雙峰分布的組織有可能解決低塑性的問題。Y.M.Wang等人在《Nature》(2002：912-914)上發(fā)表的“Hightensile?ductility?in?a?nanostructured?metal”一文中介紹了采用低溫軋制+瞬時(shí)退火的方法以使塊體納米晶銅部分發(fā)生二次再結(jié)晶從而出現(xiàn)部分微米晶組織，獲得了晶粒尺寸雙峰分布的納米晶銅，其晶粒尺寸分布主要集中在小于300納米和大于1.5微米兩個(gè)范圍內(nèi)，中間尺寸的晶粒比例不到0.1％。力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)該材料的強(qiáng)度(430MPa)與完全納米晶銅的強(qiáng)度(480MPa)相比下降不多，但塑性指標(biāo)大大提高。另外，B.Q.Han等在《Metall.Mater.Trans?A.》(2005：p.957)上發(fā)表的“Deformationbehavior?of?bimodal?nanostructured5083A1?alloys”介紹了將低溫球磨得到的A1-5083合金納米顆粒與未經(jīng)球磨的微米顆粒混合燒結(jié)成塊體并擠壓成型，也獲得了晶粒尺寸呈雙峰分布的納米晶Al-5083合金，與完全納米晶狀態(tài)相比塑性也得到了較大提高。但是，Y.M.Wang等人的部分再結(jié)晶方法工藝參數(shù)難以控制，可重現(xiàn)性不好；B.Q.Han等采用的粉末冶金方法，工藝復(fù)雜，成本較高。

三發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種晶粒尺寸可控雙峰分布的塊體超細(xì)/納米晶合金制備方法，該方法可以精確定量控制雙峰組織中微米晶的比例，同時(shí)能夠有效控制微米晶區(qū)域的尺寸和分布。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種晶粒尺寸可控雙峰分布的塊體超細(xì)/納米晶合金制備方法，包括以下步驟：

(1)選取雙相的共析或共晶體系，由相圖結(jié)合杠桿定律計(jì)算，通過合理選取合金成分，定量控制先共析相或先共晶相的比例；

(2)選定合金成分后，利用共析/共晶相變處理控制先共析/先共晶相的分布，即固溶加熱后冷卻，控制先共析相或先共晶相的尺寸；

(3)由劇烈塑性變形或常規(guī)塑性變形細(xì)化合金組織，得到完全的超細(xì)晶或納米晶合金；

(4)在高于先共析相或先共晶相再結(jié)晶溫度條件下對(duì)步驟(3)得到的合金短時(shí)退火，該退火時(shí)間為0.5～1小時(shí)，促使該相區(qū)晶粒由亞微米或納米級(jí)原位長(zhǎng)大到微米尺寸，同時(shí)共析成分或共晶成分區(qū)的晶粒由于兩相釘扎作用而保持在亞微米或納米尺寸，從而得到具有可控的晶粒尺寸雙峰分布組織的塊體超細(xì)或納米晶合金。

本發(fā)明晶粒尺寸可控雙峰分布的塊體超細(xì)/納米晶合金制備方法的固溶加熱的溫度為350℃～1000℃，時(shí)間為2～24小時(shí)。