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细化晶粒的加工-热处理工艺及其在钛合金上的应用

2019-01-03 1696

  用大塑性变形(SPD)方法细化晶粒受到关注,已有许多这方面的研究报告,但在实际应用时,其在成本及对热处理型合金的适用性等方面仍面临许多困难。日本研究人员开发了可连续进行高生产并能细化晶粒的加工-热处理工艺(RMA-CREO,简称CREO)。这种方法把棒材在高频线圈中局部加热、冷却,在局部形成变形抗力低的区域,在这个区域给试样施加扭转力,产生的剪切变形使晶粒细化,细化的组织由水冷装置进行强制冷却以防晶粒粗化。加热扭转变形通过在轴向的连续移动可以进行连续的细晶化处理。种材料只要其在加热状态可变形就可用CREO法进行晶粒细化处理,该方法可用于铝、镁、钢、不锈钢、Ti-6Al-4V合金、铜合金等金属材料。由于CERO法是种非接触工艺方法,可在高温下给予强应变,随后急冷,是种高的热处理方法。以往的SPD方法往往难以适用于热处理型合金,而CREO法可进行有的热处理以大幅提高材料的性能。CREO处理的原理和果大致有如下3种。

  是晶粒细化果,即扭转引起剪切变形,使晶粒伸长,这种伸长变形会产生应变,从而使晶粒细化。由于是短时间加热,应变后会得到等轴的细小再结晶晶粒。
  二是提高固溶果,即加热和CREO的扭转应变引起原子间间距扩大而促进固溶,实现固溶强化。
  三是结晶方向的控制果,即对于主滑移面(0001)有强的各向异性的HCP钛合金等,可通过CREO处理给予所定角度定的织构而控制这种材料的各向异性。研究人员通过对纯钛、Ti-6Al-4V、β钛合金等的CREO处理,确认了这种方法可细化钛的晶粒。如对纯钛进行CREO处理,其晶粒可由20~100μm细化到2~20μm。研究人员还将经CREO处理的直径19mm的纯钛棒材通过锻造成形为半径约90mm、厚度约3mm的圆盘。研究表明,锻造成形可进步细化晶粒,提高其性能。综上所述,这种RMA-CREO方法是种可期待量产的实用型细化晶粒的加工-热处理工艺。今后将对具体的加工件进行积的实用化探讨。

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