CN110512064A - 一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，包括以下步骤：采用感应加热对钢板表面进行局部正火，保温，空冷至室温，得钢板件；将钢板件加热到再结晶区，然后将钢板件进行轧制，每次轧制下压量为0.7～1.2mm，总下压量60～90％，得终轧钢板件；将终轧钢板进行整体再结晶退火热处理，温度为Ac3或Acm以上30～50℃，保温，随炉冷却，得叠层材料。本发明利用感应加热的方法，采用合适的加热工艺参数，依次在钢板正、反两面感应正火处理，再经过轧制处理和再结晶退火，实现了不依赖合金化而得到高强塑积的具有晶粒梯度的叠层材料，解决了现有技术成本高、设备复杂及组织调控难等问题。

Description

一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法
技术领域
本发明属于叠层材料制备技术领域，具体涉及一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法。
背景技术
轻量化与高安全性是现代交通运输等高端装备及基础零部件对材料的基本要求。轻量化可通过提高材料的强度和降低材料的密度加以实现；而高安全性则要求材料具有高强度与高韧性，以避免零部件在碰撞时低强度造成大幅变形或服役过程因韧性不足而突然断裂造成灾难性事故。
几十年来，通过不断向钢中加入各种合金元素，依据相变诱导塑性变形效应(TRIP)，孪晶诱发塑性变形效应(TWIP)，位错滑移机制以及它们的相互结合，研究人员开发出了一系列高强高韧钢，如Fe-Al-Mn系高锰钢，Fe-Al系低锰钢等。由于这类钢中有大量Cr、Ni、Mn、Al等合金元素，成本高昂，工艺性能差及冶金生产困难大。
因此，研究者通过制备梯度结构材料、叠层材料等来改善钢材的强塑性，并取得了很大进展。而现阶段制备梯度组织结构材料的方法主要是表面机械研磨法或物理沉积、化学沉积和激光焊等，这些方法的成本高工艺复杂，且制备的工件尺寸较小。在不加或少量添加合金元素的情况下，如何利用低成本的工艺和设备，制备高强塑积的叠层材料是目前急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，利用感应加热的方法，采用合适的加热工艺参数，依次在钢板正、反两面感应正火处理，再经过轧制处理和再结晶退火，实现了不依赖合金化而得到高强塑积的具有晶粒梯度的叠层材料，解决了现有技术成本高、设备复杂及组织调控难等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，包括以下步骤：
(1)采用感应加热对钢板表面0.2～4mm深度进行局部正火，正火温度为Ac3或Acm以上30～50℃，保温1～2min/mm，空冷至室温，得钢板件；
(2)将步骤(1)所得钢板件加热到再结晶区，然后将钢板件进行4～8次轧制，每次轧制下压量为0.7～1.2mm，得终轧钢板件；
(3)将步骤(2)所得终轧钢板进行整体再结晶退火热处理，温度为Ac3或Acm以上30～50℃，保温时间20～40min/mm，随炉冷却，得叠层材料。
进一步，钢板材质为低碳钢、共析钢、中锰钢或不锈钢。
进一步，步骤(1)中局部感应加热时，加热到Ac3或Acm以上40℃，保温1min/mm。
进一步，步骤(1)中采用移动式感应加热线圈进行加热，加热频率为40～2000KHz，加热功率为25～100KW。
进一步，感应加热线圈与钢材形状相匹配。
进一步，步骤(2)中进行轧制时，总下压量为60％～90％。
进一步，当钢板件硬度低时，步骤(2)中最后一次轧制比第一次轧制温度低300℃，保温1～3min，再进行轧制。
综上所述，本发明具备以下优点：
1、本发明利用感应线圈，采用合适的加热工艺参数，依次在钢板正、反两面感应正火加热，得到具有晶粒或组织梯度的结构，再经过多道次轧制处理，最后进行再结晶退火，得到高强塑积的叠层材料。该制备方法能实现各个方向的梯度结构，特别是实现了不(或少)依赖合金化而调控材料的电子结构，晶格及相结构等，达到在厚度方向上制备梯度组织结构，其梯度结构金相组织示意图见图1，且根据材料的形状大小设计加热线圈，可以方便的对不同形状，不同尺寸的工件进行局部正火热处理，使被加热部分的晶粒(如低碳钢)或组织(如中锰钢)不同于未正火部分，可以在一种材料的厚度方向上实现晶粒或组织梯度，达到组织结构调控的目的。
2、感应加热的方式可以避免像弹簧式线圈那样对局部整体加热，其加热的只是钢板的一个面内一定深度的钢板，经过正反面加热后，晶粒或组织发生变化，可得到“三明治”状梯度结构，再经过多道次轧制处理，最后进行再结晶退火，得到高强塑积且具有晶粒或组织梯度的叠层材料。
3、通过电磁感应在被加热金属表面产生涡流，可以灵活的选择加热温度，能够达到迅速加热金属材料的目的，且随着金属厚度方向上深度的增加涡流逐渐减小，产生温度梯度，且可以根据板厚，控制感应加热设备的频率，对于薄板可以使用高频感应加热，而实现1～2mm的加热厚度，另外可以根据加热的金属的形状，加热范围独立设计相应的感应线圈，具有工艺简单，成本低，操作灵活等优点。
4、在制备时，在再结晶区轧制进行大变形量的多道次轧制处理，促进界面处形成应变梯度，产生背应力；同时，大压下量的轧制变形能够进一步细化晶粒和缝合微小裂纹。对于较软材料，在未再结晶区轧制变形积累位错，增加形核位置，有利于得到更细小的晶粒或组织，从而提高材料的强度；而重结晶退火，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，使组织和成分均匀化。
5、从强韧化机理角度出发，在组织具有梯度的界面，性能也存在明显差异，相比原始晶粒，细晶粒具有强度高，塑、韧性较好，经本制备方法后可以实现“硬”层与“软”层的交替堆叠，由于二者力学性能存在差异，在外应力作用下，几何必需位错塞积在界面处一定范围内，异构材料异变诱导强化和加工硬化。
附图说明
图1为本发明梯度叠层材料示意图。
具体实施方式
实施例1
一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，包括以下步骤：
(1)采用感应加热对Q235钢板表面1mm深度进行局部正火，加热频率为200KHz，加热功率为40KW，正火温度为Ac3或Acm以上30℃，保温2min/mm，空冷至室温，得钢板件；
(2)将步骤(1)所得钢板件加热到再结晶区，然后将钢板件进行4次轧制，每次轧制下压量为0.7mm，总下压量60％，得终轧钢板件；
(3)将步骤(2)所得终轧钢板进行整体再结晶退火热处理，温度为Ac3或Acm以上30℃，保温时间20min/mm，随炉冷却，得叠层材料。
Q235钢板通过本方法可制备得到晶粒梯度的叠层材料，且在加热过程中可用控温设备对加热区域的温度进行动态控制。
实施例2
一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，包括以下步骤：
(1)采用感应加热对中锰钢钢板表面2mm深度进行局部正火，其合金成分为0.25C-9Mn-0.02Cr-0.03Cu-0.03W-0.02Co，加热频率为100KHz，加热功率为70KW，正火温度为Ac3或Acm以上40℃，保温1.5min/mm，空冷至室温，得钢板件；
(2)将步骤(1)所得钢板件加热到再结晶区，然后将钢板件进行6次轧制，每次轧制下压量为0.9mm，总下压量80％，得终轧钢板件；
(3)将步骤(2)所得终轧钢板进行整体再结晶退火热处理，温度为Ac3或Acm以上40℃，保温时间30min/mm，随炉冷却，得叠层材料。
中锰钢通过本方法制备后，不仅会产生晶粒梯度，还会产生组织梯度，并生成亚稳奥氏体和贝氏体组织。
实施例3
一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，包括以下步骤：
(1)采用感应加热对304不锈钢钢板表面3mm深度进行局部正火，加热频率为40KHz，加热功率为100KW，正火温度为Ac3或Acm以上50℃，保温1min/mm，空冷至室温，得钢板件；
(2)将步骤(1)所得钢板件加热到再结晶区，然后将钢板件进行6次轧制，每次轧制下压量为1.2mm，总下压量90％，得终轧钢板件；
(3)将步骤(2)所得终轧钢板进行整体再结晶退火热处理，温度为Ac3或Acm以上50℃，保温时间40min/mm，随炉冷却，得叠层材料。
304不锈钢通过本方法可制备得到晶粒梯度的叠层材料，塑、韧性较好。
测定实施例1～3处理前后钢板的屈服强度、抗拉强度和伸长率，其结果见表1。
表1实施例1～3处理前后钢板性能统计表
从表1可以看出，本发明制备的梯度叠层材料综合性能良好，在强度方面有一定提升，伸长率虽然有所下降，综合强度和塑性来看，以牺牲一定塑性为代价，大幅度提高一般材料强塑积。对于中锰钢，其相比未采用本发明方法处理的一般中锰钢，虽然其抗拉强度方面几乎不变，但有效的提高了屈服强度。结合图1可知，图1上部分为未感应正火区，该区域晶粒相比下部分的感应正火区晶粒要粗，在粗细晶粒交界带存在晶粒从粗到细的缓慢过渡区，正火区形成的为等轴细晶粒，对于合金钢由于正火热处理会生成与未正火区不同的组织，在钢板厚度方向上形成梯度组织。
对比例
一种金属材料表面纳米化改性及纳米-微米梯度结构的制备方法，包括以下步骤：采用热作模具钢制作成半球形工具头，抛光工具头的半球表面，在镁合金板表面进行多层多道次的小应变压入机械旋转研磨，旋转速度110～130rpm、半球形工具头预设的压入深度：每道次50um，进给速度10～30mm/min；可实现金属材料表面纳米化改性，得到梯度结构的表层及细晶粒的表面。
对比例所提供的制备方法对金属材料和研磨材料有双向要求，即材料越硬，研磨头的要求也越高，该方法对于较软材料有比较好的细化效果，高硬、脆性材料难以实现梯度结构的制备，且该方面只能对材料表面几十微米厚度进行处理，难以实现大件材料的梯度材料制备，需要反复研磨效率相对较低，不利于广泛推广使用。而本发明提供的制备方法依次在钢板正、反两面感应正火加热，得到具有晶粒或组织梯度的结构，再经过多道次轧制处理，最后进行再结晶退火，得到高强塑积的叠层材料。通过控制加热方向能够实现各个方向的梯度结构，还可以灵活的选择加热温度、加热频率、加热时间，进而控制加热深度，控制梯度结构厚度，达到组织结构调控的目的，具有工艺简单，成本低，操作灵活等优点。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用感应加热对钢板表面0.2～4mm深度进行局部正火，正火温度为Ac3或Acm以上30～50℃，保温1～2min/mm，空冷至室温，得钢板件；
(2)将步骤(1)所得钢板件加热到再结晶区，然后将钢板件进行4～8次轧制，每次轧制下压量为0.7～1.2mm，得终轧钢板件；
(3)将步骤(2)所得终轧钢板进行整体再结晶退火热处理，温度为Ac3或Acm以上30～50℃，保温时间20～40min/mm，随炉冷却，得叠层材料。
2.如权利要求1所述的应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，所述钢板材质为低碳钢、共析钢、中锰钢或不锈钢。
3.如权利要求1所述的应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，步骤(1)中局部感应加热时，加热到Ac3或Acm以上40℃，保温1min/mm。
4.如权利要求1所述的应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，步骤(1)中采用移动式感应加热线圈进行加热，加热频率为40～2000KHz，加热功率为25～100KW。
5.如权利要求4所述的应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，所述感应加热线圈与钢材形状相匹配。
6.如权利要求1所述的应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，步骤(2)中进行轧制时，总下压量为60％～90％。
7.如权利要求1所述的应用感应正火制备具有晶粒梯度的叠层材料的方法，其特征在于，当钢板件硬度低时，步骤(2)中最后一次轧制比第一次轧制温度低300℃，保温1～3min，再进行轧制。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115094206A (zh) * 2022-06-16 2022-09-23 东风商用车有限公司 一种冷挤压内齿圈感应正火处理方法及内齿圈

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102154537A (zh) * 2011-02-14 2011-08-17 南京润邦金属复合材料有限公司 碳素工具钢/普碳钢高耐磨高均匀性高寿命冶金用复合衬板
CN109773099A (zh) * 2019-02-20 2019-05-21 华中科技大学 基于梯度感应加热的热变形工件坯料加热方法及加工方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102154537A (zh) * 2011-02-14 2011-08-17 南京润邦金属复合材料有限公司 碳素工具钢/普碳钢高耐磨高均匀性高寿命冶金用复合衬板
CN109773099A (zh) * 2019-02-20 2019-05-21 华中科技大学 基于梯度感应加热的热变形工件坯料加热方法及加工方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115094206A (zh) * 2022-06-16 2022-09-23 东风商用车有限公司 一种冷挤压内齿圈感应正火处理方法及内齿圈
CN115094206B (zh) * 2022-06-16 2023-11-14 东风商用车有限公司 一种冷挤压内齿圈感应正火处理方法及内齿圈

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