[發明專利]利用深過冷結合快淬技術實現非平衡凝固組織再結晶的方法

在審

• 申請號: 201710569195.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107142433A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 徐小龍;顧濤;閆鋒;魯若鵬;裴海祥;侯華
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 俞曉明

技術領域

本發明屬于金屬材料加工技術領域，特別是涉及一種利用深過冷結合快淬技術實現非平衡凝固組織再結晶的方法。

背景技術

再結晶轉變在工業生產中的應用十分廣泛，其可被用于調控合金微觀組織的晶粒度和織構等，從而獲取所需性能。目前的再結晶理論和技術都是基于固態金屬或者合金在塑性變形后退火過程中的再結晶，探索和設計新的再結晶加工工藝方法的需求十分迫切。以往非平衡凝固和再結晶的理論和實驗研究相互獨立，未考慮極端非平衡凝固過程中非平衡效應的作用，致使關于非平衡凝固與固態再結晶這兩個密切關聯的物理過程的研究長期進展緩慢。

在傳統意義上，靜態再結晶只能夠在冷變形材料微觀組織的再結晶退火過程中被觀察到。塑性變形金屬或合金微觀組織的再結晶在金屬材料加工領域具有兩個重要意義：第一，再結晶過程可以軟化和恢復低溫變形材料的韌性；第二，人們可以通過再結晶過程控制材料微觀組織的晶粒度。傳統的再結晶方法是對人工塑性變形的合金微觀組織在一定溫度下退火實現再結晶。這類傳統方法會耗費大量資源。

近幾十年來，隨著非平衡凝固技術的迅速發展，材料制備過程中的非平衡性大大提高，大量的低維和亞穩相材料得到廣泛應用。非平衡因素在后續過程中驅動非平衡組織進一步向平衡組織轉變，因此，凝固組織的非平衡性直接影響到材料后續固態轉變的發生、發展和最終材料的物理、化學以及力學性能。雖然人們逐漸意識到非平衡凝固過程中非平衡效應的作用，然而無論在理論還是實驗研究上，非平衡凝固與固態再結晶之間的內在聯系還沒有引起人們的廣泛注意。由于缺乏精確而系統的真實枝晶與枝晶間液流間相互作用的物理信息，考慮多個物理因素引起的枝晶間液相流動的非平衡凝固枝晶塑性變形的模型化描述這一物理問題一直未能解決。在當前大多數報道中，大都只能觀察到凝固潛熱釋放，而缺少真實枝晶與液流間相互作用的信息，導致無從研究相關的理論模型。通常情況下，再結晶是冷變形金屬或者合金的組織在合適的退火溫度下發生無畸變新晶粒的形核和長大。再結晶在金屬材料加工領域中具有重要意義。除了傳統意義上的再結晶，人們在深過冷單相合金液的快速凝固組織中同樣發現了由再結晶機制導致的晶粒細化現象，但該機制尚未得到完全證實。已有研究已經表明，當熔體過冷度ΔT超過過冷度臨界值時，由于快速凝固收縮產生的凝固應力將超過合金在再輝條件下的臨界屈服點，一次糊狀區內的初生枝晶在液相流動的變形作用下發生應力碎斷和再結晶，這導致初生枝晶的組織細化。當過冷度大于臨界過冷度時，這將導致部分初生枝晶骨架發生應力碎斷﹑塑性變形和再結晶。隨過冷度繼續增加，快速凝固組織內的應力將繼續增大進而促使初生枝晶骨架發生更高程度的應力碎斷﹑變形和再結晶，這些物理過程的綜合作用最終導致快速凝固組織形貌為均勻等軸晶組織，因此，該類組織的形成歸因于快速凝固組織發生再結晶，即應力誘導再結晶機制的作用。綜上所述，研究者已通過大量研究逐漸認識到非平衡凝固與再結晶轉變的相關性，但尚未從理論和實驗上進行深入系統地研究。