[發(fā)明專利]一種快速確定金屬材料再結(jié)晶溫度的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010210554.X
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111426722B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志豪;付華棟;謝建新;贠培文;周文健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明屬于金屬材料加工與熱處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬材料再結(jié)晶溫度的快速準(zhǔn)確測試裝置與方法。裝置由加載機(jī)構(gòu)、氣氛保護(hù)加熱爐、樣品臺和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)組成。測試方法是通過采集三點(diǎn)彎曲試樣在連續(xù)升溫過程中的載荷?溫度變化，進(jìn)而確定金屬材料的再結(jié)晶溫度。本發(fā)明只需要一塊試樣，通過1～2h就能夠完成以前長達(dá)1～2天、大量試樣的研究工作，具有制樣數(shù)量少，設(shè)備操作方便，確定再結(jié)晶溫度快捷，運(yùn)行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)；采用載荷?溫度曲線自動實(shí)時獲取，減少了硬度測試法、金相測試法等需要人為測試，大大降低了誤差和人為干擾，準(zhǔn)確度高。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于金屬材料加工與熱處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬材料再結(jié)晶溫度的快速確定方法與裝置。

背景技術(shù)：

金屬材料經(jīng)冷加工、溫加工塑性變形后，不僅內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與各項(xiàng)性能均發(fā)生明顯的變化，而且由于空位、畸變和位錯等缺陷的增加，使得金屬材料處于熱力學(xué)不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)。將塑性變形后的金屬材料加熱到一定溫度后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前狀態(tài)，這個過程稱之為再結(jié)晶[胡賡祥,蔡珣,戎詠華.材料科學(xué)基礎(chǔ).3版[M].上海交通大學(xué)出版社,2010.]。

再結(jié)晶特征決定了金屬材料的熱加工工藝(去應(yīng)力退火工藝、時效退火工藝等)、產(chǎn)品最終性能(細(xì)晶強(qiáng)化、再結(jié)晶織構(gòu)等)和高溫服役極限(單晶葉片再結(jié)晶失效等)；同時，金屬再結(jié)晶理論也是材料科學(xué)最基本的科學(xué)問題之一，明確金屬材料的再結(jié)晶特征具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

金屬材料再結(jié)晶的最關(guān)鍵參數(shù)為再結(jié)晶溫度。工程上規(guī)定，經(jīng)過大冷變形(塑性變形量在70％以上)的金屬，在1小時保溫時間內(nèi)可完成再結(jié)晶過程的最低溫度，稱為再結(jié)晶溫度。目前金屬材料再結(jié)晶溫度的測試方法主要有金相顯微組織分析法、硬度測試法、電阻測試法、X射線衍射法、熱分析法等，各種方法均在不同領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，但存在如下問題：1)金相組織分析和硬度測試法費(fèi)時、費(fèi)力，效率低、成本高，且金相組織分析法再結(jié)晶初始溫度難以明確界定；2)電阻測試法測試精度較低，再結(jié)晶初始溫度難以準(zhǔn)確測試；3)X射線衍射法分析測試時間長、效率低，需專有設(shè)備，且結(jié)果不直觀；4)熱分析技術(shù)的缺點(diǎn)在于設(shè)備昂貴，操作不方便，且所需的測試樣品尺寸小，難以反映材料的整體特性[毛萍莉,劉正,王志,等.單晶高溫合金再結(jié)晶的檢測方法[P].中國發(fā)明專利,申請?zhí)?201710027990.1,申請時間:2017-06-20；王川,康永林,朱帥,等.超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼冷軋薄板再結(jié)晶溫度及性能研究[J].熱加工工藝,2011,40(6):36-39；王敏莉,鄭之旺.熱鍍鋅鋼板用冷軋板退火工藝的確定[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊),2009,45(10):595-598.]。

相比較而言，硬度測試法通過測定退火金屬試樣的硬度數(shù)值隨退火溫度或退火時間的變化關(guān)系確定其再結(jié)晶溫度，是較為有效的方法之一。例如，孫中華等人發(fā)明了一種采用變溫硬度計(jì)裝置測試?yán)滠垘т摌悠吩俳Y(jié)晶溫度的新方法，該方法可快捷完成不同溫度點(diǎn)的硬度值測試，確定再結(jié)晶溫度[孫中華,張雲(yún)飛,劉需,等.冷軋帶鋼再結(jié)晶溫度的快速檢測方法[J].中國發(fā)明專利,申請?zhí)?201610425022.1,申請時間:2016-11-09.]。馮巖青等人發(fā)明了一種測定沖壓用鋼再結(jié)晶溫度的方法，該方法采用實(shí)驗(yàn)室小型熱處理爐模擬罩式生產(chǎn)升溫速度測定不同成分冷軋深沖用鋼的再結(jié)晶溫度，依據(jù)不同溫度出爐空冷冷軋板的硬度值變化確定再結(jié)晶溫度[馮巖青，張曉燕，康利明.冷軋帶鋼再結(jié)晶溫度的快速檢測方法[J].中國發(fā)明專利,申請?zhí)?201210185480.4,申請時間:2012.06.01.]。但硬度測試法需要測試多個溫度點(diǎn)的樣品硬度，仍存在制樣數(shù)量多，操作時間長，運(yùn)行成本高或者需變溫硬度儀等昂貴設(shè)備等諸多的缺點(diǎn)。

特別是對于時效強(qiáng)化型金屬材料，合金在再結(jié)晶發(fā)生的同時還進(jìn)行時效析出硬化，合金的硬度包括了合金再結(jié)晶軟化和析出硬化兩方面的作用，導(dǎo)致所測試合金再結(jié)晶溫度不準(zhǔn)確等問題。因此，長期以來，時效析出強(qiáng)化型金屬材料的再結(jié)晶溫度測試一直是困擾科研工作者的難題，尚未找到合適的解決方法。