CN101250618A - Fe-32%Ni合金的晶粒超细化方法 - Google Patents

Abstract

一种金属材料技术领域的Fe－32％Ni合金的晶粒超细化方法。本发明包括Fe－32％Ni合金的熔炼、锻造、轧制和热处理以及多向锻压工序，所述多向锻压形变工艺参数为：应变速率10s^－1－10^－3s^－1，形变温度为500℃－800℃，累积应变量0.5－12.0。本发明采用多向锻压强变形的方法细化Fe－32％Ni合金晶粒，首次将多向锻压技术应用于Fe－32％Ni合金奥氏体钢的组织细化中，将Fe－32％Ni合金奥氏体的晶粒细化到1μm左右，晶粒尺寸远远小于传统高温变形时获得的尺寸在25μm左右的晶粒。

Description

Fe-32%Ni合金的晶粒超细化方法

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料技术领域的晶粒细化方法，具体是一种Fe-32％Ni合金的晶粒超细化方法。

背景技术

晶粒细化是在不牺牲材料强度指标的前提下提高材料塑性指标的唯一途径，因此，细化晶粒便成为提高工程材料尤其是钢铁材料性能的重要手段之一。国内外冶金学者对超细晶粒钢的生产进行了大量研究，从细化钢的奥氏体晶粒组织到细化相变后组织，充分利用晶粒细化强化和相变强化以提高材料的强韧性。通过高温变形控制奥氏体的再结晶过程来细化晶粒、改善钢铁材料的组织和性能的研究很多，工艺相对成熟。Fe-32％Ni合金的马氏体相变点低于室温，在适当温度下进行变形而不至于发生相变，以Fe-32％Ni合金为对象进行的奥氏体变形与再结晶的研究成果可以很好地推广到钢铁材料，因此，Fe-32％Ni合金是材料研究领域广泛应用的材料。

经对现有技术的文献检索发现，徐洲等在《金属热处理》(1999年第6卷第6期3-6页)上发表了“Fe-32％Ni合金的高温变形与再结晶行为”，该文提出通过控制Fe-32％Ni合金高温变形过程中的动态再结晶来细化其晶粒的方法，具体为：先将8mm×12mm的Fe-32％Ni合金圆柱状试样在1343K×0.5h条件下真空退火处理，得到平均晶粒直径约为200μm的初始奥氏体组织，然后在形变温度为1173K～1323K，形变速率为2×10^-5s^-1～2×10^-1s^-1的变形条件下进行单向压缩变形，形变量达到1.2左右，最终获得Fe-32％Ni合金晶粒尺寸平均在25μm左右，其不足在于获得的晶粒尺寸比较粗大，已不能满足科技发展对材料性能的要求。

近年来，低温强塑性变形加工制备块体超细晶金属材料引起了材料科学工作者们的广泛关注，低温强塑性变形加工可以在不添加合金元素的情况下使金属材料的晶粒细化到1μm以下，在制备超细晶粒金属方面具有广阔的发展前景，通过低温强变形来制备亚微米或纳米级超细晶粒材料成为一种新的思路。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种Fe-32％Ni合金的晶粒超细化方法，使其将Fe-32％Ni合金奥氏体晶粒细化到1μm左右。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括Fe-32％Ni合金的熔炼、锻造、轧制和热处理以及多向锻压工序，实现对Fe-32％Ni合金奥氏体的晶粒超细化。其中：所述多向锻压形变工艺参数为：应变速率10s^-1-10^-3s^-1，形变温度为500℃-800℃，累积应变量0.5-12.0。

进一步的，累积应变量优选为3.0-12.0，形变温度优选形变温度为小于等于600℃。

较快的应变速率和较低的形变温度更有利于形变带的互相交叉，促进晶粒细化，当形变速率大于10^-2s^-1，形变温度在500-600℃之间，累积应变量达到10以上时，晶粒细化效果最好。

本发明上述的Fe-32％Ni合金材料的熔炼、锻造、轧制和热处理熔炼均可以按照现有技术实现。

多轴锻造加工是最为有效的强变形加工晶粒细化方式之一，它通过不同方向的轮流压缩变形，可以导致不同取向的滑移系开动，这样有利于形变带的互相交叉，对于原始粗大晶粒的分割细化是十分有效的。与现有技术相对比，本发明采用多向锻压强变形的方法细化Fe-32％Ni合金晶粒，首次将多向锻压技术应用于Fe-32％Ni合金奥氏体钢的组织细化中，将Fe-32％Ni合金奥氏体的晶粒细化到1μm左右，晶粒尺寸远远小于传统高温变形时获得的尺寸在25μm左右的晶粒，而且以Fe-32％Ni合金为对象进行的强变形晶粒细化的研究成果可以很好地推广到其他钢铁材料，对于新一代钢铁材料的研究和开发具有十分重要的指导意义。

附图说明

图1为多向锻压加工过程示意图；

图2为500℃形变速率10^-3s^-1累积应变量达到0.5时的金相图；

图3为500℃形变速率10^-3s^-1累积应变量达到1.5时的金相图；

图4为700℃形变速率10^-1s^-1累积应变量达到3.0时的金相图；

图5为600℃形变速率10s^-1累积应变量达到12.0时的金相图；

图6为800℃形变速率10s^-1累积应变量达到1.5时的金相图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明实施例按照以下的实施的流程和具体参数条件进行：

将Fe-32％Ni合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，保温20分钟浇铸得到Fe-32％Ni合金铸锭，然后将铸锭在真空热处理炉中用4～5小时缓慢升温至1150℃，保温1小时后开始锻造，保持终锻温度≥950℃，然后缓慢冷却至室温，将Fe-32％Ni合金在1200℃保温1个小时真空退火处理后按照附图1所示，采用大吨位液压机在分别沿块状试样的X轴、Y轴、Z轴三个方向对Fe-32％Ni合金试样进行多向锻压试验，实现晶粒细化。在应变速率为10s^-1-10^-3s^-1，形变温度为500℃-800℃，累积应变量0.5-12.0的条件下，对Fe-32％Ni合金奥氏体进行多向锻压加工处理，实现Fe-32％Ni合金奥氏体晶粒的细化。

以下实施例所用Fe-32％Ni合金的化学成分如表1所示：

表1

实施例一

Fe-32％Ni合金的配料、熔炼、锻造和热处理过程如前所述，所得Fe-32％Ni合金在500℃按照附图1所示进行多向锻压强变形，应变速率10^-3s^-1，累积应变量达到0.5。本实施实用了较低的形变温度、较低的形变量和较低的形变速率。经过多向锻压得到的金相组织如附图2所示，可以发现，经过多轴锻造强变形实现了奥氏体晶粒细化，晶粒尺寸从200μm细化到了100μm左右。

实施例二

Fe-32％Ni合金的配料、熔炼、锻造和热处理过程如前所述，所得Fe-32％Ni合金在500℃按照附图1所示进行多向锻压强变形，应变速率10^-3s^-1，累积应变量达到1.5。本实施实用了较低的形变温度、较低的形变量和较低的形变速率。经过多向锻压得到的金相组织如附图3所示，可以发现，经过多轴锻造强变形实现了奥氏体晶粒细化，晶粒尺寸从200μm细化到了20μm左右。

实施例三

Fe-32％Ni合金的配料、熔炼、锻造和热处理过程如前所述，所得Fe-32％Ni合金在700℃按照附图1所示进行多向锻压强变形，应变速率10^-2s^-1，累积应变量达到3.0。本实施实用了较高的形变温度、中等的形变量和中等的形变速率。经过多向锻压得到的金相组织如附图4所示，可以发现，经过多轴锻造强变形实现了奥氏体晶粒超细化，晶粒尺寸达到1-2μm。

实施例四

Fe-32％Ni合金的配料、熔炼、锻造、热处理过程如前所述，所得Fe-32％Ni合金在600℃按照附图1所示进行多道多向锻压强变形，应变速率10s^-1，累积应变量达到12.0。本实施实用了较低的形变温度、较高的形量和高的形变速率。经过多向锻压得到的金相组织如附图5所示，可以发现，经过多轴锻造强变形实现了奥氏体晶粒超细化，晶粒尺寸小于1μm。

实施例五

Fe-32％Ni合金的配料、熔炼、锻造、热处理过程如前所述，所得Fe-32％Ni合金在800℃按照附图1所示进行多道多向锻压强变形，应变速率10s^-1，累积应变量达到1.5。本实施实用了较低的形变温度、较高的形量和高的形变速率。经过多向锻压得到的金相组织如附图6所示，可以发现，经过多轴锻造强变形实现了奥氏体晶粒细化，晶粒尺寸在25μm左右。

综合上述的三个实施实例，本发明工艺方法证明，形变温度和累积应变量对多向锻压晶粒细化效果有着明显的影响，通过低温大形变量的多向锻压强变形技术实现Fe-32％Ni合金奥氏体的晶粒超细化。

Claims (4)

1.一种Fe-32％Ni合金的晶粒超细化方法，包括Fe-32％Ni合金的熔炼、锻造、轧制和热处理以及多向锻压工序，其特征在于，所述多向锻压形变工艺参数为：应变速率10s^-1-10^-3s^-1，形变温度为500℃-800℃，累积应变量0.5-12.0。

2.根据权利要求1所述的Fe-32％Ni合金的晶粒超细化方法，其特征是，所述形变温度为小于等于600℃，且道次应累积应变量为3.0-12.0。

3.根据权利要求2所述的Fe-32％Ni合金的晶粒超细化方法，其特征是，所述形变温度为500℃-600℃。

4.根据权利要求2所述的Fe-32％Ni合金的晶粒超细化方法，其特征是，所述道次累积应变量大于10。

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