CN108642384A - 一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法，包括以下步骤：首先将金属材料加工成变截面试样；然后施加外力将试样进行温度为4～1273K内沿截面梯度方向的塑性变形以获得梯度形变组织；最后将试样进行设定温度时间的热处理，获得在截面梯度方向上晶粒尺寸不同的高通量细晶强化金属材料。该发明的优点在于：本发明通过将金属材料加工成变截面试样，然后经过沿截面梯度方向的塑性变形和热处理后，即可以得到沿截面梯度方向上晶粒尺寸不同的高通量细晶强化金属材料，与一次只能制备一种或有限种类晶粒尺寸的细晶强化金属材料的传统方法相比，该方法节省了不同晶粒尺寸金属材料的制备时间和成本，为材料基因工程中的高通量块体材料制备提供支撑。

Description

一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料组织制备领域，尤其是一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法。
背景技术
依赖于科学直觉与试错的传统材料研究方法日益成为社会发展与技术进步的瓶颈。革新材料研发方法、加速材料从研究到应用的进程成为世界各国共同的需求。为此，美国于2011年开始实施材料基因组计划(Materials Genome Initiative，MGI)，随后中国、欧盟、日本和俄罗斯也各自启动了基于材料基因工程的相关研究计划。材料基因工程的基本思路是，借用生物基因组的理念，研究材料的成分、相组元和微结构等基本属性及其组合规律、比例与性能之间的关系，通过融合高通量计算、高通量实验、专用数据库等三大技术，变革新材料研发理念和模式，实现新材料研发由经验指导实验的传统模式向理论预测、实验验证的新模式转变，最终支撑先进制造和高新技术的发展。其中，高通量实验既是验证高通量计算结果的手段也是快速建立专用数据库的前提条件，具有承上启下的关键作用，而高通量材料制备是高通量实验的基础。
晶粒细化是提高金属材料的强度和韧性的有效手段，已被广泛应用于铝合金、铜合金、铁素体钢和相变诱发塑性合金等高强塑性金属材料的开发。细晶强化金属材料的传统制备方法是针对无截面梯度的板或圆棒进行热机械变形、冷塑性变形及退火等处理，一次只能获得含一种或有限种类晶粒尺寸的金属材料，效率低下，研发周期长。因此，采用材料基因工程的方法加速细晶强化金属材料的发现、研发和应用是十分必要的，而高通量细晶强化金属材料的制备是实现该目标的关键环节之一。不同于上述传统方法制备的含一种或有限种类晶粒尺寸的细晶强化金属材料，高通量细晶强化金属材料要求将多种或无限多种晶粒尺寸集成在同一件材料之上，以便为后续的高通量实验提供物质基础，而我国在高通量细晶强化金属材料的制备方面还几乎处于空白。
发明内容
为了克服现有细晶强化金属材料制备技术的不足之处，本发明提供一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法，包括以下步骤
S1、将金属材料加工成变截面试样；
S2、施加外力将试样在温度为4～1273K内进行沿截面梯度方向塑性变形以获得梯度形变组织；
S3、将试样进行设定温度时间的热处理，获得在截面梯度方向上晶粒尺寸不同的高通量细晶强化金属材料。
详细地说，步骤S1中的金属材料为含亚稳相的金属材料。
本发明的优点在于：
(1)本发明通过将金属材料加工成变截面试样，然后经过塑性变形和热处理后，即可以得到高通量细晶强化的金属材料，该方法简单实用，节省了不同晶粒尺寸金属材料的制备时间和成本，为材料基因工程中的高通量块体材料制备提供支撑。
(2)本发明步骤S1中的金属材料使用含亚稳相的金属材料，该金属材料更适用于该方法。
附图说明
图1为本发明一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法中的试样图。
图2为本发明一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法中步骤S1中变截面的结构示意图。
图3为本发明一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法中步骤S1中加工后的试样照片。
图4为本发明一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法中试样塑性变形后的照片。
图5为本发明一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法中试样经过塑性变形、溶液侵蚀后的照片。
图6为本发明一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法中步骤S3后获得的高通量细晶强化金属材料侵蚀后的照片。
具体实施方式
实施例1
下述实施例中含亚稳奥氏体相金属材料中按重量百分比，合金元素包括0.010～0.080％的C、不大于2.00％的Mn、不大于0.035％的P、不大于0.020％的S、不大于0.75％的Si、8.00～10.50％的Ni、18.00～20.00％的Cr、不大于0.10％的N，余量为Fe。
S1、将含亚稳相的金属材料按照图2加工成长度方向上为变截面的试样(图3)；
S2、将试样在室温下以1mm/min的速率进行拉伸试验至19KN后停止，实现试样的塑性变形，结果如图4所示；
S3、将塑性变形后的试样放入热处理炉中进行750℃保温10分钟的热处理，获得具有梯度超细晶或细晶组织的高通量细晶强化金属材料，其侵蚀后的照片如图6所示。
为了检验步骤S2后试样的状态，包括如下步骤：
对拉伸后的样品各变形段分成六段，使用铁素体仪沿拉伸轴中线等距3次测量应变诱导马氏体含量，求平均值即获得该六个变形段对应的6个应变诱导马氏体含量fα′，并计算出标准差，6个应变诱导马氏体含量fα′和标准差如表1所示；
表1
然后在中间截面使用1gNa2S2O5、15ml HCl、85ml水溶液侵蚀后的梯度形变组织形貌如图5所示。
在步骤S1中被加工后的金属材料的形状可以为多种，如图1所示，可以是两端对称，也可以是不对称的，还可以是截面为渐变的，还可以是梯度变化的。按照需求，被加工后的金属材料为任意具有截面梯度的形状。
在步骤S2中实现试样的塑性变形可以有多种形式，例如，拉伸，压缩，轧制和扭转等。
实施例2
与实施例1不同的地方是，在步骤S2中，将试样放置在4K的温度沿截面梯度方向塑性变形以获得梯度形变组织。
实施例3
与实施例1不同的地方是，在步骤S2中，将试样放置在1273K的温度内沿截面梯度方向塑性变形以获得梯度形变组织。
实施例4
与实施例1不同的地方是，在步骤S2中，将试样放置在625K的温度内沿截面梯度方向塑性变形以获得梯度形变组织。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属材料加工成变截面试样；
S2、施加外力将试样进行温度为4～1273K内沿截面梯度方向的塑性变形以获得梯度形变组织；
S3、将试样进行设定温度时间的热处理，获得在截面梯度方向上晶粒尺寸不同的高通量细晶强化金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种高通量细晶强化金属材料试样的制备方法，其特征在于，步骤S1中的金属材料为含亚稳相的金属材料。
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