[發明專利]通過控制凝固過程制備亞穩相工程材料的方法

有效

• 申請號: 201310252705.8
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103317125A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 宋長江;盧威;楊洋;謝柯;趙仕超;翟啟杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22D27/20
• 分類號: B22D27/20;C22C38/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明屬于快速及亞快速凝固技術領域，涉及一種制備高性能亞穩相工程材料的方法。

背景技術

金屬材料應用范圍廣大，其發展與人民生活、國民經濟、國防建設密切相關，并具有舉足輕重的地位，并且隨著社會的發展需求量也愈來愈多，目前世界每年消耗的金屬達到數十億噸，在生產過程中，由于存在著能耗、排放和污染等問題與人類生存環境和可持續發展相違背的矛盾。因此，需要開發出更加先進的材料生產技術，在提高金屬性能的同時減少能源的消耗和環境污染等，滿足社會發展的需要。對金屬工程材料而言，通過亞穩相（如馬氏體、貝氏體等）的析出和亞穩相析出行為的控制是提高性能的重要方法，已經成為材料領域的重要研究方向和發展趨勢。

為了獲得亞穩相或者實現對亞穩相析出的調控，目前大多金屬工程材料都是在固態條件下通過熱處理或者形變工藝進行的，毫無疑問這些方法在提高金屬材料性能方面取得了巨大的成就。但是這些亞穩相的形成和調控是在金屬材料凝固后，經過再次的加熱和軋制變形處理進行的，在提高材料性能的同時也增加了能源消耗和環境負荷，更重要的是在材料制備的初始凝固過程中可以控制獲得的亞穩相及亞穩組織的方法以及這些亞穩相及亞穩組織在提高材料性能中的作用也被忽視了。

幾乎所有的金屬制品在其生產過程中都要經歷一次或多次的凝固過程，如果通過控制凝固過程直接從液相獲取亞穩相，既可以簡化熱處理工序，節約能源，減少污染并且提高生產效率，也有可能獲得固態條件不能獲得的亞穩相，從而大大提高材料性能。快速及亞快速凝固技術具有細化凝固組織、形成亞穩相或結構、擴大固溶極限和減少偏析等特點，因此通過控制快速及亞快速凝固過程控制亞穩相及亞穩組織的析出是開發亞穩新材料或者改善傳統材料的重要技術選擇。

發明內容

本發明的目的是提供一種通過控制凝固過程制備高性能亞穩相工程材料，解決了現有技術中存在的問題。通過控制冷卻速度和材料成分等凝固過程，直接從液相析出亞穩相，形成亞穩組織，直接獲得高性能的工程材料。可以簡化熱處理工序，節約能源，減少污染并且提高生產效率，而且有可能獲得固態條件不能獲得的亞穩相，從而大大提高材料性能，成分容易控制，得到的材料性能優異。

本發明所采用的具體實施的技術方案是，材料質量比為鐵79.9%-98%，錳2.0%-18.0%，碳0%-2.1%，各組分質量之和100%，放入真空噴鑄系統中，制作薄板，薄板厚度為1.0mm-4.0mm，對應不同的冷卻速率，控制得到有利于力學性能的亞穩相及亞穩組織，該方法包括以下步驟：

A.????按質量比取鐵79.9%-98%，錳2.0%-18.0%，碳0%-2.1%，總共質量100%，最大質量不超過10g，顆粒直徑約1-2mm左右，混合均勻放入石英管內。

B.?????石英管內的金屬在感應電流作用下熔化成液體，溫度到1400℃-1600℃，感應線圈通入循環水冷卻，熔化到合適粘度。

C.?????通過石英管頭部管道沖氬氣，調節到合適的壓力差，把熔化掉的金屬液體注入銅模。

D.????銅模放在真空腔體的支撐臺上，分為兩半，通過不同的模具組合獲得不同厚度的合金薄板。

E.?????合金薄板厚度1.0-4.0mm，從而獲得不同冷卻速度。

F.??????使用TEM分析薄板的組織相，通過拉伸測試檢測力學性能。得到抗拉強度798.88MPa-923.60MPa，延伸率為16.82%-61.26%，強度積可達到56GPa%的1-4mm厚度的薄板。

該方法是材料在快速及亞快速凝固下直接得到α’-馬氏體和ε-馬氏體等亞穩相和亞穩組織，來獲得超高性能的亞穩相材料，無需后續熱處理。

本發明成功制備了高性能亞穩相工程材料，該方法操作簡單，不需要后續熱軋熱處理等，可直接獲得提高材料性能的亞穩相及亞穩組織，節省資源的利用，減少能源的浪費。

附圖說明

圖1為Fe-11Mn-0.1C，2.0mm薄板拉伸應力應變曲線。

圖2為?Fe-18Mn-0.5C，2.0mm薄板拉伸應力應變曲線。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細說明：

實施例一????

具體步驟如下：

A．??????????????按質量取鐵88.9%，錳11.0%，碳0.1%，總質量10g，顆粒直徑1-2mm，混合均勻放入真空噴鑄系統的石英管中。