CN108504824A - 一种金属材料韧化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金属材料韧化处理方法，采用超高温淬火，以淬火、回火和时效以及形变热处理提高断裂韧性的碳合金结构钢，金属材料采用比一般淬火温度高300多度的1200‑1255℃超高温奥氏体化处理，奥氏体晶粒从7‑8级提高到1级，但KIC却提高70‑125％原因可能是由于合金碳化物完全溶解，减少了第二相在晶界的形核，使结构钢在亚稳定奥氏体区变形，不仅可提高强度，还可同时提高韧性。可以显著提高金属材料表面的强韧性，延长其使用寿命，满足实际应用的需求，设计新颖，是一种很好的创新方案。

Description

一种金属材料韧化处理方法
技术领域
本发明涉及金属加工制备领域，特别是涉及一种金属材料韧化处理方法。
背景技术
金属零部件的失效往往源于其表面，如腐蚀、磨损、疲劳等破坏都是从表面开始或在表面发生。因此，提高表面性能成为防止零部件失效、延长其使用寿命的重要方法。表面改性技术是提高材料表面性能的有效手段，其通过改善材料表面的成分和微观组织来达到提高其表面性能的目的。目前，应用的较多的表面改性技术有激光表面改性、渗氮、渗碳、喷涂、气相沉积等方法，但是这些方法通常使材料表面强度和塑韧性呈现出此消彼长的趋势，不能获得强度与塑韧性的良好匹配。
金属韧性是金属的一种力学性能，是金属在给定外界条件下所表现的行为。一般来说，金属韧性是指金属材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。强度是材料抵抗变形和断裂的能力，而塑性则表示断裂时塑性变形程度。因此，技术人员可以用材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的多少来表示韧性的高低，现有的方法比较复杂，而且不能达到理想的韧性，存在着不足，不能满足社会实际的需求。
综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种金属材料韧化处理方法，以解决现有技术的不足。
发明内容
针对现有的存在的不足，影响实际的使用，本发明提出一种金属材料韧化处理方法，设计新颖，可以显著提高金属材料表面的强韧性，延长其使用寿命，满足实际应用的需求，实用性能优。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种金属材料韧化处理方法，采用超高温淬火，以淬火、回火和时效以及形变热处理提高断裂韧性的碳合金结构钢，金属材料采用比一般淬火温度高300 多度的1200-1255℃超高温奥氏体化处理，奥氏体晶粒从7-8级提高到1级，但 KIC却提高70-125％原因可能是由于合金碳化物完全溶解，减少了第二相在晶界的形核，使结构钢在亚稳定奥氏体区变形，不仅可提高强度，还可同时提高韧性，提高强度主要是由于形变增加位错密度和加速合金元素的扩散，因而促进了合金碳化物的沉淀，加热的半个周期内的温度上限为50摄氏度，冷却的半个周期内的温度下限为-50摄氏度。
在本发明在金属材料的激光处理功率密度为1-10GW/cm2，激光脉宽为 5-40ns，光斑直径为1-10mm，搭接率为20％-80％。
进一步，本发明在金属材料处理中喷涂有强韧化表面渗氮层，而低能激光喷丸改善材料表面质量，经磁场淬火后再次强化表面性能，最终获得表面晶粒细小、渗氮层较深、淬火变形小的高强韧表面。
进一步，本发明金属材料片的温度在相变点以上，在每个金属材料冷却的半个周期内，金属材料的温度在相变点以下，剪切应力为所述金属材料片的屈服点的0.05-0.1。
进一步，本发明金属材料的抗拉强度为40Kg/mm2。
进一步，本发明的金属材料为金属铝、铝合金、金属钛、钛合金、铸铁或钢，磁场渗氮的磁场强度为0.1-15T。
本发明的有益效果是：金属材料热处理和加工工艺有关，是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示，韧性材料因具有大的断裂伸长值，适合于大规模批量化生产，因此，可以显著提高金属材料表面的强韧性，延长其使用寿命，满足实际应用的需求，设计新颖，是一种很好的创新方案。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
一种金属材料韧化处理方法，采用超高温淬火，以淬火、回火和时效以及形变热处理提高断裂韧性的碳合金结构钢，金属材料采用比一般淬火温度高300 多度的1200-1255℃超高温奥氏体化处理，奥氏体晶粒从7-8级提高到1级，但 KIC却提高70-125％原因可能是由于合金碳化物完全溶解，减少了第二相在晶界的形核，使结构钢在亚稳定奥氏体区变形，不仅可提高强度，还可同时提高韧性，提高强度主要是由于形变增加位错密度和加速合金元素的扩散，因而促进了合金碳化物的沉淀，加热的半个周期内的温度上限为50摄氏度，冷却的半个周期内的温度下限为-50摄氏度。
金属材料的激光处理功率密度为1-10GW/cm2，激光脉宽为5-40ns，光斑直径为1-10mm，搭接率为20％-80％。金属材料处理中喷涂有强韧化表面渗氮层，而低能激光喷丸改善材料表面质量，经磁场淬火后再次强化表面性能，最终获得表面晶粒细小、渗氮层较深、淬火变形小的高强韧表面。金属材料片的温度在相变点以上，在每个金属材料冷却的半个周期内，金属材料的温度在相变点以下，剪切应力为所述金属材料片的屈服点的0.05-0.1。金属材料的抗拉强度为40Kg/mm2。金属材料为金属铝、铝合金、金属钛、钛合金、铸铁或钢，磁场渗氮的磁场强度为0.1-15T。
激光喷丸的共同作用下，有效缩短了渗氮时间，增加了渗氮层深度，同时磁场作用有助于降低渗氮层的脆性，磁场淬火是一种重要的强韧化热处理工艺，其不仅有利于细化组织结构，产生高密度位错，使材料获得强韧化的效果，而且能够降低淬火变形，后续的低能激光喷丸有效改善了材料表面质量，经磁场淬火后再次强韧化表面性能，最终获得高强度与高塑韧性的良好配合。
本发明的有益效果是：金属材料热处理和加工工艺有关，是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示，韧性材料因具有大的断裂伸长值，适合于大规模批量化生产。因此，可以显著提高金属材料表面的强韧性，延长其使用寿命，满足实际应用的需求，设计新颖，是一种很好的创新方案。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种金属材料韧化处理方法，其特征在于：采用超高温淬火，以淬火、回火和时效以及形变热处理提高断裂韧性的碳合金结构钢，金属材料采用比一般淬火温度高300多度的1200-1255℃超高温奥氏体化处理，奥氏体晶粒从7-8级提高到1级，但KIC却提高70-125％原因可能是由于合金碳化物完全溶解，减少了第二相在晶界的形核，使结构钢在亚稳定奥氏体区变形，不仅可提高强度，还可同时提高韧性，提高强度主要是由于形变增加位错密度和加速合金元素的扩散，因而促进了合金碳化物的沉淀，加热的半个周期内的温度上限为50摄氏度，冷却的半个周期内的温度下限为-50摄氏度。
2.根据权利要求1所述一种金属材料韧化处理方法，其特征在于：金属材料的激光处理功率密度为1-10GW/cm2，激光脉宽为5-40ns，光斑直径为1-10mm，搭接率为20％-80％。
3.根据权利要求1所述一种金属材料韧化处理方法，其特征在于：金属材料处理中喷涂有强韧化表面渗氮层，而低能激光喷丸改善材料表面质量，经磁场淬火后再次强化表面性能，最终获得表面晶粒细小、渗氮层较深、淬火变形小的高强韧表面。
4.根据权利要求1所述一种金属材料韧化处理方法，其特征在于：金属材料片的温度在相变点以上，在每个金属材料冷却的半个周期内，金属材料的温度在相变点以下，剪切应力为所述金属材料片的屈服点的0.05-0.1。
5.根据权利要求1所述一种金属材料韧化处理方法，其特征在于：金属材料的抗拉强度为40Kg/mm2。
6.根据权利要求1所述一种金属材料韧化处理方法，其特征在于：金属材料为金属铝、铝合金、金属钛、钛合金、铸铁或钢，磁场渗氮的磁场强度为0.1-15T。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111378812A (zh) * 2020-04-08 2020-07-07 上海大学 一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统
CN113832418A (zh) * 2021-09-14 2021-12-24 深圳市卡德姆科技有限公司 一种金属材料韧化处理装置及其处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101595822A (zh) * 2009-06-12 2009-12-09 杭州旗锐工具有限公司 一种可替换导板头的制造方法
CN104294152A (zh) * 2013-07-16 2015-01-21 无锡华冶钢铁有限公司 一种12Cr2Ni4A合金结构钢及齿轮加工制造方法
CN104388859A (zh) * 2014-11-18 2015-03-04 昆明理工大学 一种同时提高铜铝合金强度和塑性的方法
CN107385166A (zh) * 2017-06-27 2017-11-24 湖南大学 一种改善奥氏体不锈钢冷轧板的强塑性及耐蚀性的方法
CN107794364A (zh) * 2017-11-15 2018-03-13 西安航空职业技术学院 一种金属材料韧化处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101595822A (zh) * 2009-06-12 2009-12-09 杭州旗锐工具有限公司 一种可替换导板头的制造方法
CN104294152A (zh) * 2013-07-16 2015-01-21 无锡华冶钢铁有限公司 一种12Cr2Ni4A合金结构钢及齿轮加工制造方法
CN104388859A (zh) * 2014-11-18 2015-03-04 昆明理工大学 一种同时提高铜铝合金强度和塑性的方法
CN107385166A (zh) * 2017-06-27 2017-11-24 湖南大学 一种改善奥氏体不锈钢冷轧板的强塑性及耐蚀性的方法
CN107794364A (zh) * 2017-11-15 2018-03-13 西安航空职业技术学院 一种金属材料韧化处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李进: "《机械工程材料》", 31 August 2013 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111378812A (zh) * 2020-04-08 2020-07-07 上海大学 一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统
CN111378812B (zh) * 2020-04-08 2021-03-23 上海大学 一种提高金属锯齿形晶界比例的热处理方法和该热处理方法所用的热处理系统
CN113832418A (zh) * 2021-09-14 2021-12-24 深圳市卡德姆科技有限公司 一种金属材料韧化处理装置及其处理方法

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