金屬材料晶粒細(xì)化的研究論文修改后

1、 金屬材料細(xì)化組織的方法和途徑 1 前言 金屬材料作為一種常規(guī)材料，由于其原料豐富可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并可以通過(guò)合金化、冷熱加工、熱處理等技術(shù)改變材料形狀、尺寸性能，其優(yōu)異的使用性能，能滿足機(jī)械、冶金、礦山、建筑、化工、海洋等行業(yè)的不同需要，因此，在 21 世紀(jì)鋼鐵材料仍然是人類社會(huì)使用的最主要材料。因此，鋼鐵材料的研究有著十分重要的意義！然而不經(jīng)過(guò)任何處理而直接得到的鑄錠或鑄件存在諸多缺陷，因此，改善其金屬性能非常重要。晶粒大小是影響金屬性能的重要指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)，細(xì)晶粒組織的材料具有較好的綜合性能，即其強(qiáng)度，硬度和人性，范性等都比較好，所以生產(chǎn)上對(duì)控制金屬材料的晶粒尺寸是相當(dāng)重要的。因此，

2、細(xì)化晶粒對(duì)鋼鐵材料的研究及應(yīng)用有著極其重要的意義。它是控制金屬材料組織結(jié)構(gòu)的最重要、最基本的方法。本文將從金相學(xué)角度闡述晶粒細(xì)化的原理和方法。2 晶粒細(xì)化的理論與目的研究表明，高性能鋼鐵材料的主要指標(biāo)為強(qiáng)度和韌性，而晶粒細(xì)化是同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性的唯一方法，這就是鋼鐵材料晶粒細(xì)化的目的。目前，晶粒細(xì)化已成為新型高性能鋼鐵材料研究的一個(gè)趨勢(shì)。根據(jù)Hall-petch 公式:s =0 + kd - 1/ 2 ,其中s 為應(yīng)變量02 %的屈服應(yīng)力;0 是移動(dòng)單個(gè)位錯(cuò)所需的克服點(diǎn)陣摩擦的力; k 是常數(shù); d 是平均晶粒尺寸?？梢钥闯?材料的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸倒數(shù)的平方根成正比。因此,晶粒細(xì)化既能

3、提高材料的強(qiáng)度，又能提高材料塑性,同時(shí)也能顯著提高其力學(xué)性能。細(xì)化晶粒是控制金屬材料組織的最重要、最基本的方法,目前人們采用了許多辦法細(xì)化金屬的晶粒并取得了極大的成就。3 晶粒細(xì)化的途徑和方法細(xì)化晶粒的基本途徑在于盡可能地提高晶核的形成速率，并同時(shí)減小晶體的成長(zhǎng)速率，以使大量晶核在還沒(méi)有顯著長(zhǎng)大的條件下便相互干擾而凝固結(jié)束。利用結(jié)晶生核、長(zhǎng)大現(xiàn)象進(jìn)行晶粒細(xì)化時(shí)，臨界晶核尺寸大小成為晶粒細(xì)化極限的大體目標(biāo)。臨界晶核的尺寸是形核驅(qū)動(dòng)力的函數(shù)，驅(qū)動(dòng)力越大，臨界晶核尺寸就越小。通常情況下，相變時(shí)的驅(qū)動(dòng)力比再結(jié)晶時(shí)的驅(qū)動(dòng)力大很多。因此，利用相變時(shí)得到很細(xì)小的臨界晶核尺寸，再控制冷卻速度，就可使鋼鐵材料組

4、織超細(xì)化。我們通常所知道的晶粒細(xì)化的方法或措施有：化學(xué)孕育劑法或變質(zhì)法；快速冷取法；加強(qiáng)液體流動(dòng)法（機(jī)械物理細(xì)化法）。還包括相變前奧氏體細(xì)化或位錯(cuò)化、奧氏體內(nèi)部增加形核質(zhì)點(diǎn)、相變冷卻細(xì)化、形變處理細(xì)化法、物理場(chǎng)細(xì)化等。3.1 化學(xué)孕育法或變質(zhì)法這種方法是向液體中加入所謂細(xì)化劑（孕育劑）或變質(zhì)劑。添加細(xì)化劑(孕育劑)通過(guò)增加外來(lái)晶核使晶粒細(xì)化;添加變質(zhì)劑是通過(guò)加入變質(zhì)劑合金的共晶組織形態(tài)或者第二相的形態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)化。3.1.1 添加細(xì)化劑（孕育劑）熔煉時(shí) ,可以通過(guò)向熔體中添加細(xì)化劑來(lái)形成晶核 ,使粗大的鑄態(tài)組織變成細(xì)小的等軸晶 ,實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化 ,從而提高合金的鑄造能、 物理性能、 力學(xué)性能和加工

5、性能。細(xì)化劑（孕育劑）主要有以下 3 類 1 。(1)同成分的合金細(xì)粉 在合金熔體流入錠?；蜩T型的過(guò)程中 ,把合金粉末加入熔體 ,從而使整個(gè)熔體強(qiáng)烈的冷卻。這種方法是控制結(jié)晶過(guò)程 ,特別對(duì)厚鑄件或鑄錠結(jié)晶過(guò)程很有效。這些合金粉末的加入像眾多的小冷鐵均勻分布在熔體中 ,使整個(gè)熔體得到強(qiáng)烈的冷卻同時(shí)形成大量的晶核 ,并以很大的速度成長(zhǎng)。(2)具有異質(zhì)晶核的合金 是一種常用的方法。如向鋁合金熔體中加入具有TiB2和TiC 微粒的Al-Ti-B、 Al-Ti-C ,可以使鋁合金組織顯著細(xì)化。由于 Al4 C3 為高熔點(diǎn)高穩(wěn)定性化合物 ,并且 Al4 C3 與 a-Mg均為六方晶系 ,且晶格常數(shù)相近 ,

6、可作為 Mg原子的非均質(zhì)晶核。因此含有高熔點(diǎn) Al4 C3 和 TiC顆粒的 Al-Ti-C中間合金是一種很好的鎂及鎂合金用的細(xì)化劑。(3)通過(guò)反應(yīng)可形成異質(zhì)晶核的合金元素 如向鋁熔體中加入少量鈦時(shí) ,在鋁結(jié)晶前，它將與鋁熔體發(fā)生反應(yīng) ，液體中便會(huì)先形成TiAl3相，它以細(xì)小的枝晶形式懸浮在液體中，或附著在模壁上，當(dāng)冷卻到一定溫度時(shí)，TiAl3可與液體發(fā)生包晶反應(yīng)（L+ TiAl3 Al），此處TiAl3作為Al的晶核能細(xì)化鋁合金組織，Al便會(huì)附著TiAl3而結(jié)晶，而把TiAl3部分包圍起來(lái)，逐步吞食TiAl3。這一方面TiAl3對(duì)Al起了非均勻形核的作用，另一方面TiAl3在消失過(guò)程中的碎枝

7、殘屑可被液體對(duì)流帶到其他部位，而形成更多核心。若向鋁合金熔體中加入 B ,也能形成大量與Al有良好匹配關(guān)系的TiB2 ,它們?cè)阡X合金中具有很高的穩(wěn)定性 ,也可以起到異質(zhì)核心的作用而細(xì)化鋁合金的組織。其它如，銅合金中加入鐵或鐵合金L(Cu)+Fe Cu，鎂合金中加入鋯或鋯鹽L(Mg)+ZrMg等都是利用包晶反應(yīng)而起到顯著細(xì)化晶粒的效果。3.1.2 添加變質(zhì)劑細(xì)化所謂變質(zhì)是指加入的合金元素在凝固過(guò)程中靠自身形貌或性能的變化而影響晶體生長(zhǎng)的現(xiàn)象。變質(zhì)劑分兩類：一是促進(jìn)形核，一是阻止長(zhǎng)大，通常以前者為主。促進(jìn)形核的變質(zhì)劑其作用也不完全相同。 在合金中,第二相晶體有三種基本形態(tài) ,即粒狀(球狀、點(diǎn)狀和塊

8、狀等) 、 棒狀(條狀、 纖維狀等)和片狀。不同的合金中第二相晶體的結(jié)構(gòu)不同 ,它們的自然生長(zhǎng)形態(tài)也不同 ,而晶體的自然生長(zhǎng)形態(tài)恰恰是人們不希望得到的弱化合金性能的形狀 ,必須通過(guò)變質(zhì)處理改變 ,獲得所需要的第二晶體形態(tài)。有變質(zhì)細(xì)化能力的合金元素如稀土、 Sr、 Ca、 Ti 等 ,偏析能力良好 ,導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)的液 - 固界面前沿產(chǎn)生成分過(guò)冷區(qū) ,從而阻礙枝晶的生長(zhǎng)。研究最多的變質(zhì)型中間合金主要是指 Al2Si 合金中的共晶 Si ,因?yàn)?Si 未變質(zhì)時(shí)呈粗大的針狀或片狀 ,合金的韌性較低; Si 變質(zhì)時(shí)改變了形貌和尺寸 ,由粗大的針狀或片狀變成細(xì)小的纖維狀或?qū)悠瑺?,從而提高韌性達(dá)到改善力學(xué)

9、性能的目的。目前 ,對(duì)共晶 Si 變質(zhì)的方法主要有鈉鹽變質(zhì)、純金屬變質(zhì)、磷變質(zhì)和中間合金變質(zhì) 4 種。鈉鹽變質(zhì)應(yīng)用廣泛 ,效果較穩(wěn)定 ,但產(chǎn)生的有毒氣體對(duì)環(huán)境及人體污染嚴(yán)重；純金屬變質(zhì)如純 Sr ,加入鋁熔體時(shí)易燒損 ,實(shí)際吸收率不高；磷變質(zhì)一般指赤磷 ,它燒損大 ,煙霧污染環(huán)境25 。中間合金變質(zhì)主要指 Al-Sr、 Al-P、Al-RE、 Al-B、 Al-Si-Sr 等 ,它們加入量少 ,吸收率高 ,變質(zhì)效果好 ,對(duì)環(huán)境污染輕 ,正逐漸得到鋁工業(yè)重視 ,成為其他變質(zhì)劑的取代者?；瘜W(xué)孕育法或變質(zhì)法由于其效果穩(wěn)定 ,作用快 ,操作方便,適應(yīng)性強(qiáng) ,是目前使用最廣泛的細(xì)化方法。3.2 快速冷卻

10、法 加快液體的冷卻可以增加結(jié)晶時(shí)的冷卻速度，快速凝固時(shí)的冷卻速度很快(103 106 K/ s) ，實(shí)驗(yàn)證明晶粒大小與形核率N和長(zhǎng)大速度G密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，形核率N和核長(zhǎng)大速度G都隨著過(guò)冷度的加快而增大，但前者比后者隨溫差T的變化更大，若形核率大于核長(zhǎng)大速度，則晶粒細(xì)小，反之晶粒粗大。如圖所示。因此，只有提高過(guò)冷度,使得過(guò)冷度很大時(shí),形核率大于核長(zhǎng)大速度,并使得兩者的差距很大,晶粒才會(huì)被進(jìn)一步細(xì)化。實(shí)際上一般采用的加熱冷卻的方法是設(shè)法使模壁激冷，或加強(qiáng)模壁的冷卻能力。例如，水冷模壁，或在模壁上鑲嵌導(dǎo)熱板等都是行之有效的方法。如果能夠使整個(gè)鑄件差不多同時(shí)獲得很大的過(guò)冷度，那么就可以一舉兩得，既

11、細(xì)化了晶粒又可使整個(gè)組織均勻一致。在工業(yè)上,通常采用導(dǎo)熱性好的的金屬模來(lái)代替砂模,在模外采取強(qiáng)制冷卻以及采用低溫慢速澆注等都是有效的快速冷卻方法。3.3 加強(qiáng)液體流動(dòng)法（機(jī)械物理細(xì)化法）加強(qiáng)液體流動(dòng)法,如機(jī)械攪拌,機(jī)械振動(dòng)，加壓澆筑以及離心澆筑等都可以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。這些方法都在于增加液體流動(dòng)，使液體與已生成的枝晶之間產(chǎn)生剪切作用，加快晶體的剝落，增加枝晶的繁殖。此外，振動(dòng)還可以使形核率N增大從而達(dá)到細(xì)化晶粒的作用。攪拌和振動(dòng)可以向液態(tài)金屬中提供能量以提供形核功,促進(jìn)晶核的形成。同時(shí),攪拌和機(jī)械振動(dòng)也能使已結(jié)晶的晶體在液流對(duì)流沖擊下破碎形成新的晶核,增加晶核數(shù)量達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。王紅霞2

12、 等用機(jī)械振動(dòng)方法改變純Al 的凝固生長(zhǎng)方式,使其由逐層凝固方式改變?yōu)楹隣钅谭绞?能明顯細(xì)化晶粒,改善純Al 收縮。隨著振動(dòng)的加強(qiáng),純Al 中心的等軸晶區(qū)逐漸增大。邊緣部位的柱狀晶區(qū)逐漸增大,當(dāng)振擊力達(dá)到81.87 N 時(shí)整個(gè)試樣端面全部變?yōu)榈容S晶?？焖倮鋮s法和機(jī)械物理細(xì)化法是比較傳統(tǒng)的方法,快速冷卻法在生產(chǎn)簡(jiǎn)單的小型件或粉末制品時(shí)比較常用,對(duì)大型厚斷面鑄件的生產(chǎn)很難實(shí)現(xiàn),而且該方法不易操作,人為因素及偶然性較大。機(jī)械物理細(xì)化法操作復(fù)雜,消耗大,易摻入雜質(zhì),而且細(xì)化效果不穩(wěn)定。3.4 形變誘導(dǎo)相變細(xì)化晶粒形變誘導(dǎo)相變(deformation induced ferritetransforma

13、tion)是將低碳鋼加熱到奧氏體相變溫度Ac3 以上，保溫一段時(shí)間，使其奧氏體化，然后以一定速度冷卻到Ar3 和Ae3 之間，進(jìn)行大壓下量變形，從而獲得超細(xì)鐵素體晶粒。在變形過(guò)程中，形變能的積聚使Ar3 點(diǎn)溫度上升，在變形的同時(shí)發(fā)生鐵素體相變，并且變形后進(jìn)行快速冷卻，以保持在變形過(guò)程中形成的超細(xì)鐵素體晶粒。在形變誘導(dǎo)相變細(xì)化晶粒中，形變量和形變溫度是兩個(gè)最為重要的參數(shù)，隨著形變量的增加和形變溫度的降低，應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變的轉(zhuǎn)變量增加，同時(shí)鐵素體晶粒變細(xì)3。形變誘導(dǎo)相變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是研究提高傳統(tǒng)材料性能的重要突破，它的出現(xiàn)為大幅度提高傳統(tǒng)金屬材料的性能提供了新手段。與傳統(tǒng)形變熱處理工藝相比，形變誘

14、導(dǎo)相變工藝強(qiáng)調(diào)將形變溫度控制在Ar3 附近，從而使相變的起始溫度高于平衡相變溫度。研究表明，在Ar3 附近進(jìn)行低溫大變形通過(guò)形變誘導(dǎo)鐵素體相變和鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶兩種機(jī)制，可以獲得超細(xì)的鐵素體晶粒。韓國(guó)的Lee等人利用形變誘導(dǎo)相變將C-Mn-Ni-Nb 鋼的鐵素體晶粒細(xì)化到1m 以下4。20 世紀(jì)80 年代末，Yada5等人通過(guò)采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變和鐵素體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶兩種機(jī)制在熱模擬機(jī)上使C-Mn 鋼中鐵素體晶粒細(xì)化到23m。Hodgson 等人利用形變誘導(dǎo)相變將普通的Ni-Ti 復(fù)合微合金化鋼的鐵素體晶粒細(xì)化到1m 以下6。我國(guó)東北大學(xué)的張紅梅7等通過(guò)SS400 鋼在Gleeble-1500

15、 熱模擬機(jī)上720、變形量較大（ 1 以上）時(shí)可在實(shí)驗(yàn)室的條件下得到得到平均直徑為1.86m 的鐵素體晶粒，且鐵素體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到85以上。我國(guó)鋼鐵研究總院的劉清友等人將應(yīng)變誘導(dǎo)軋制技術(shù)與常規(guī)控軋工藝相結(jié)合，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬軋制，獲得了體積分?jǐn)?shù)為97，晶粒直徑達(dá)0.92m 的亞微晶組織8。3.5 形變處理細(xì)化法形變處理細(xì)化利用各種塑形變形工藝,如擠壓、軋制、鍛造等,在加工過(guò)程中,通過(guò)溫度、應(yīng)變、應(yīng)變速率等參數(shù)的配合,利用再結(jié)晶或者相變來(lái)控制變形態(tài)晶粒的尺寸。由于傳統(tǒng)的機(jī)械變形方法生產(chǎn)微米晶和微米晶材料往往受工件尺寸的限制,不能獲得很大的變形量, 例如, 要求產(chǎn)品最終厚度為1mm ,則最大真應(yīng)變量?jī)H

16、能達(dá)到34 mm ,當(dāng)制備亞微米細(xì)晶材料時(shí)就更加捉襟見肘了。為了突破總應(yīng)變量的限制,很多不改變工件形狀而獲得大變形量的方法被開發(fā)出來(lái),并得到了越來(lái)越多的關(guān)注。其中研究最多的是等徑角擠壓法。3.5.1 擠壓細(xì)化 擠壓是對(duì)放在擠壓模內(nèi)的錠坯一端施以擠壓力,在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用下,使之從擠壓?？字辛鞒?從而成為具有一定形狀、尺寸和性能的金屬制品的一種壓力加工方法。擠壓可以按金屬的流向、擠壓制品的形狀、擠壓時(shí)錠坯的溫度以及擠壓金屬的種類進(jìn)行分類。按照在擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系,擠壓主要分為正向擠壓和反向擠壓兩種。按照擠壓時(shí)擠壓制品的斷面形狀,擠壓可以分為空心制品(空心型材和管材)

17、 的擠壓和實(shí)心制品(實(shí)心型材和棒材) 的擠壓。根據(jù)擠壓時(shí)錠坯的溫度,可分為熱擠壓、冷擠壓兩種。有色金屬主要包括輕有色金屬、重有色金屬和稀有金屬3大類,有色金屬擠壓也可按此分類。輕金屬擠壓制品主要有鋁、鎂、鈦等的擠壓品,其中鋁及鋁合金型、管材的擠壓占絕大多數(shù)。重有色金屬主要包括銅、鎳、鎢、鉬、鉛、鋅等及其合金的擠壓,其中前者產(chǎn)量最大。近幾年對(duì)鎂合金的擠壓研究較多,許多研究者都通過(guò)擠壓變形得到了細(xì)小的鎂合金組織和較好的力學(xué)性能。黃光勝9 等在研究AZ31 鎂合金擠壓工藝時(shí)發(fā)現(xiàn)在擠壓過(guò)程中均發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,組織以絕熱剪切條紋和細(xì)小的再結(jié)晶等軸晶為基本特征,呈現(xiàn)出良好的力學(xué)性能, 其抗拉強(qiáng)度為275

18、285 N/mm2 ,屈服強(qiáng)度為220225 N/ mm2 ,伸長(zhǎng)率為15 %17 %。華北工學(xué)院的李保成等人10 利用鑄態(tài)坯料也研究AZ31 鎂合金等溫變形后的組織與性能,發(fā)現(xiàn)在等溫?cái)D壓過(guò)程中,隨著變形量的增大,抗拉強(qiáng)度增加,但變形量達(dá)到一定值時(shí)下降。在相同的變形量下,擠壓溫度為210 時(shí)強(qiáng)度增加最多,變形量為80 % ,b 達(dá)到305 MPa 。通過(guò)擠壓變形,晶粒得到細(xì)化,其尺寸由鑄態(tài)的100m 減小到5m。重慶大學(xué)的汪凌云11 等人研究表明再結(jié)晶晶粒大小不僅與溫度有關(guān),還與應(yīng)變速率有關(guān)。應(yīng)變速率增高,變形過(guò)程中產(chǎn)生的位錯(cuò)來(lái)不及抵消,增加了再結(jié)晶形核位置,即位錯(cuò)的增加是晶粒細(xì)化的原因。3.

19、5.2 軋制細(xì)化軋制過(guò)程除使軋件獲得一定形狀和尺寸之外,還必須使軋件具有一定的組織和性能。溫度是金屬軋制過(guò)程中重要的工藝參數(shù),軋制溫度偏低,高的應(yīng)力集中可導(dǎo)致切變斷裂;軋制溫度偏高,晶粒容易長(zhǎng)大而使板材熱脆傾向增大。軋制溫度應(yīng)保證合金具有最大的塑性而不使其發(fā)生碎裂。通過(guò)控制軋制快速冷卻( TMCP) 處理低碳鋼,得到約5m 的細(xì)小晶粒。TMCP 工藝由再結(jié)晶區(qū)軋制、未再結(jié)晶區(qū)軋制、(+) 二相區(qū)軋制和加速冷卻4 個(gè)階段組成12 。圖1 所示TMCP 各階段是將晶粒細(xì)化法巧妙地組合在一起,即在第一階段(再結(jié)晶區(qū)軋制) ,粗大的初始晶粒經(jīng)反復(fù)軋制,再結(jié)晶細(xì)化;第二階段(未再結(jié)晶區(qū)軋制)獲得含位錯(cuò)和

20、形變帶的加工硬化狀態(tài)組織;第四階段通過(guò)加速冷卻,使相變?cè)诒M可能低的溫度下進(jìn)行。其中,能最有效細(xì)化晶粒的方法是在第二階段的900950 軋制,以獲得加工硬化的組織。TMCP 在熱軋狀態(tài)也能獲得細(xì)小的晶粒,然而,最小的晶粒直徑也在5m 左右。圖1 低碳鋼TMCP( 控軋、加速冷卻)四個(gè)階段及各階段的組織為了獲取超細(xì)晶,發(fā)展了新TMCP 法。以往的TMCP 法的要點(diǎn)是由加工硬化相(在900950軋制) 發(fā)生相變及加速冷卻,而新TMCP 法技術(shù)關(guān)鍵則是低溫大變形量。每道50 %的大壓下量在500700 低溫區(qū)進(jìn)行,由于存在變形抗力增大問(wèn)題,這是一個(gè)以往TMCP 法幾乎無(wú)法進(jìn)行的尚未開拓的領(lǐng)域。劉長(zhǎng)瑞等

21、人 11 研究了AZ31 鎂合金板材在常溫下的塑性變形行為,通過(guò)擠壓-軋制方法獲得了晶粒尺寸5.2 m 的鎂板。研究結(jié)果表明:隨著冷軋變形量的增加,晶粒尺寸減小;反之,晶粒的細(xì)化也可以使冷變形程度增加,兩者存在相互依賴關(guān)系。同時(shí)發(fā)現(xiàn)小變形量、多道次冷軋可以提高板材兩次退火間的總變形程度。楊平等人12 研究了利用道次間退火改善AZ31 鎂合金的成形性,在變形速率0.01/s 的實(shí)驗(yàn)條件下,確定合理的終軋溫度為180260,并獲得了晶粒尺寸為6.9m 的AZ31 鎂合金。3.5.3 鍛造細(xì)化 影響產(chǎn)品韌性的重要因素之一是材料內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)成分確定之后,在生產(chǎn)過(guò)程中,鍛造是能夠有效細(xì)化晶粒的

22、重要途徑。充分利用鍛造高溫形變的再結(jié)晶軟化機(jī)制,利用合適的變形溫度、均勻的變形分布以及其它熱力學(xué)參數(shù),可以獲得滿足產(chǎn)品性能要求的均勻細(xì)晶。王淑云13 等將Ti-47Al-2Cr-1Nb 經(jīng)兩次等溫鍛造和退火處理,使顯微組織顯著細(xì)化,得到晶粒尺寸為1520m 的細(xì)小、均勻的組織。將707514 合金經(jīng)多向反復(fù)熱鍛后可使7075 鋁合金的晶粒尺寸細(xì)化到12m ,由于晶粒的細(xì)化,鍛件的力學(xué)性能有很大提高。退火狀態(tài),其室溫強(qiáng)度的增幅較大;淬火時(shí)效狀態(tài),塑韌性的提高十分顯著,在保持較高強(qiáng)度的情況下,室溫拉伸伸長(zhǎng)率高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的2 倍,接近退火態(tài)水平。Xing J 等15 利用逐步降溫多向鍛造(mult

23、i2direction forging ,MDF) 技術(shù),在3 ×10 - 3s - 1的應(yīng)變速率條件下,鍛造溫度從350 逐步降低到150 ,使晶粒細(xì)化到了230 nm ,得到了組織均勻的高性能AZ31 鎂合金。3.5.4 等徑角擠壓法( ECAE / ECAP) 近來(lái),采用等徑角擠壓法( Equal2Channel Angular Ext ru2sion / Pressing ,簡(jiǎn)稱ECAE / ECAP) 技術(shù)制備超細(xì)晶材料已成為材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),被認(rèn)為是細(xì)化常規(guī)材料至亞微米級(jí)甚至納米級(jí)最具有工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)之一。等徑角擠壓方法使用一種圓角的L 形擠壓器(圖2) ,

24、擠壓時(shí)原料旋轉(zhuǎn)90°,將產(chǎn)生很大的切變, 亞晶粒很快轉(zhuǎn)變一系列大角度晶粒,從而獲得微細(xì)的晶粒組織。ECAP 采用塑性變形的方法, 變形前后試樣的形狀和尺寸基本不變。因此可以進(jìn)行多道次的擠壓, 利用加工過(guò)程中剪切變形和加工硬化, 從而在不改變材料成分和形狀的條件下, 利用加工過(guò)程中存在的加工硬化、動(dòng)態(tài)回復(fù)以及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶來(lái)控制材料微觀組織的形成和發(fā)展, 達(dá)到細(xì)化晶粒提高材料性能的目的 16 。4 結(jié)束語(yǔ)金屬材料作為支撐國(guó)民生活富裕及安全的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料而大量使用。作為金屬結(jié)構(gòu)材料主流的鋼鐵材料的生產(chǎn)消耗了大量的資源以及能源，但是從地球環(huán)境的觀點(diǎn)出發(fā)，迫切需要開發(fā)能有效利用有限的資源、能源，

25、降低 CO2 排放量以控制地球溫室效應(yīng)等的技術(shù)。另外，隨著材料使用方法的多樣化，對(duì)材料特性的要求也日益嚴(yán)格，迫切需要與之相對(duì)的措施。因此，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)開發(fā)出高質(zhì)量和高性能的鋼鐵材料將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái) ,金屬細(xì)化的研究呈迅速發(fā)展趨勢(shì) ,通過(guò)晶粒細(xì)化等方法改善金屬的性能對(duì)金屬的發(fā)展至關(guān)重要。目前 ,晶粒細(xì)化的研究已得到了很大發(fā)展 ,但研究過(guò)程中尚有認(rèn)識(shí)不明的機(jī)理?；瘜W(xué)孕育劑法或變質(zhì)法簡(jiǎn)便易行 ,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。但是金屬凝固組織的變質(zhì)細(xì)化行為對(duì)化學(xué)成分十分敏感 , 對(duì)一種合金有效的元素對(duì)另一種合金可能全無(wú)效果 , 有必要針對(duì)具體的合金來(lái)尋找適當(dāng)?shù)脑杏齽?xì)化劑）,同時(shí)以往的研究

26、大都是定性的研究 ,對(duì)合金元素細(xì)化晶粒機(jī)理的研究涉及較少 , 有必要對(duì)其作用規(guī)律和機(jī)理兩方面進(jìn)行綜合分析。快速冷卻和加強(qiáng)液體流動(dòng)（機(jī)械物理細(xì)化）方法是傳統(tǒng)的細(xì)化方法 ,有一定的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的塑性變形方法 ,如擠壓、 軋制、 鍛造等方法在晶粒細(xì)化方面已取得工業(yè)應(yīng)用 ,但是還需進(jìn)一步發(fā)掘其潛力。等徑角擠壓技術(shù)是制得細(xì)晶粒的最有希望投入實(shí)際應(yīng)用的手段 ,但目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段或小批量應(yīng)用階段。相信隨著新技術(shù)和新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，人們將會(huì)更有效地通過(guò)細(xì)化鋼鐵材料組織結(jié)構(gòu)的手段，進(jìn)一步提高其綜合使用性能，這必將賦予鋼鐵材料強(qiáng)大的生命力。參考文獻(xiàn)1 郭景杰,傅恒志. 合金熔體及其處理M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005. 2 王紅霞,張國(guó)平. J .鑄造,2