[發明專利]一種提高金屬材料強度的方法

有效

• 申請號: 201310206344.3
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103290183A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 魏宇杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C21D7/10
• 分類號: C21D7/10
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術領域

本發明涉及金屬材料領域，特別是涉及一種提高金屬材料強度的方法。

背景技術

金屬材料的強度和拉伸韌性（材料在拉伸過程中的長度增量百分比）一直以來都是研究的重點，其關鍵因素在于這兩者之間的對立性：傳統加工或工藝處理中，當增加其中的一個指標時，另外一個指標特性往往惡化。

如通常采用的通過減小晶粒尺寸來獲取高的材料強度的辦法，當晶粒降低到納米量級時（通常定義納米多晶材料指其晶粒尺寸小于100納米），其強度可以比傳統的晶體材料高一個量級，但韌性也相應的降低近一個量級。另外通過冷軋處理的辦法提高晶體強度的同時，其韌性也隨之的降低。而通常的回火處理，則在增加韌性的同時犧牲材料強度。

最新金屬材料研究的一個趨勢是在粗晶材料中引入納米層次的孿晶結構，利用孿晶的高度有序性，在增加金屬材料強度的同時，也讓它保持較好的韌性，這樣制備得到的材料通常為薄膜材料，無法處理工程結構應用量級的材料。還有另外一個方向是在傳統材料中引入納米梯度層：從材料的表面起到內部其晶粒尺寸逐漸增加，這種辦法的得到的材料通常只能產生100微米左右的梯度層。這一方法對材料宏觀性能的改變有限，只能少量的提高材料的強度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種提高金屬材料強度的方法，以顯著提高金屬材料強度，且不影響金屬材料的拉伸韌性。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種提高金屬材料強度的方法，包括：

選取塑性變形由孿晶變形或相變主導的金屬材料；

對所述金屬材料進行扭轉，使所述金屬材料產生的表面應變滿足預定條件。

進一步地，上述方法還具有下面特點：

所述預定條件為表面剪切應變在0～0.3之間。

進一步地，上述方法還具有下面特點：

所述預定條件為表面剪切應變在0.2～0.3之間。

進一步地，上述方法還具有下面特點：

所述金屬材料為孿晶誘導塑性變形鋼或相變主導塑性變形鋼

進一步地，上述方法還具有下面特點：

所述金屬材料為冷軋304奧氏體不銹鋼。

本發明提供一種提高金屬材料強度的方法，針對規?；墓こ探Y構應用量級的材料金屬材料，如世界上最廣泛使用的304奧氏體不銹鋼，通過一定的力學變形來調整材料內部的微結構，使材料同時具備孿晶（相）結構和孿晶（相）梯度，這樣處理后的材料強度得到顯著提高（增加一倍），且其拉伸韌性維持不變甚至會有所增加。

附圖說明

圖1為本發明實施例的提高金屬材料強度的方法的流程圖；

圖2為對典型金屬材料試樣施加載荷的過程示意圖；

圖3為對冷軋304不銹鋼施加扭轉變形后由于變形梯度引起的馬氏體相沿徑向的梯度分布圖；

圖4為對冷軋304奧氏體不銹鋼施加扭轉變形后，其拉伸應力應變曲線與不經過處理的冷軋304奧氏體不銹鋼的應力應變的對比圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

圖1為本發明實施例的提高金屬材料強度的方法的流程圖，如圖1所示，本實施例的方法包括以下步驟：

S11、選取塑性變形由孿晶變形或相變主導的金屬材料；

S12、對所述金屬材料進行扭轉，使所述金屬材料產生的表面剪切應變滿足預定條件。

本實施例的選材上：適用于塑性變形由孿晶變形或相變主導的金屬材料。通過對該類棒材施加扭轉變形，使得材料（1）產生一定量的孿晶或對應的其他相（如鋼材中常見的奧氏體相向馬氏體相的轉變）；（2）孿晶或其他相沿徑向存在一定的梯度，這是由于扭轉變形過程中，最外圍的材料產生的變形量最大，且沿半徑方向線形遞減，至半徑為零處由變形導致的孿晶或其他相的密度出現概率也接近零；（3）由于扭轉載荷和拉伸方向完全不同，扭轉階段產生的孿晶或其他相在晶向上和拉伸過程中出現的孿晶或其他相不同。這將使得在后續的拉伸過程中，變形將不再沿與扭轉階段產生的孿晶或其他相向相同的晶向上發生，而是形成交叉。

步驟S12中的預定條件為所述表面剪切應變在0～0.3之間，即扭轉金屬材料時使金屬材料產生的表面剪切應變在0～0.3的范圍內，隨著扭轉實現的表面剪切應變增加，材料的屈服強度從0增加到110%，且其拉伸塑性維持不變。