[发明专利]利用深过冷结合快淬技术实现非平衡凝固组织再结晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别是涉及一种利用深过冷结合快淬技术实现非平衡凝固组织再结晶的方法。

背景技术

再结晶转变在工业生产中的应用十分广泛，其可被用于调控合金微观组织的晶粒度和织构等，从而获取所需性能。目前的再结晶理论和技术都是基于固态金属或者合金在塑性变形后退火过程中的再结晶，探索和设计新的再结晶加工工艺方法的需求十分迫切。以往非平衡凝固和再结晶的理论和实验研究相互独立，未考虑极端非平衡凝固过程中非平衡效应的作用，致使关于非平衡凝固与固态再结晶这两个密切关联的物理过程的研究长期进展缓慢。

在传统意义上，静态再结晶只能够在冷变形材料微观组织的再结晶退火过程中被观察到。塑性变形金属或合金微观组织的再结晶在金属材料加工领域具有两个重要意义：第一，再结晶过程可以软化和恢复低温变形材料的韧性；第二，人们可以通过再结晶过程控制材料微观组织的晶粒度。传统的再结晶方法是对人工塑性变形的合金微观组织在一定温度下退火实现再结晶。这类传统方法会耗费大量资源。

近几十年来，随着非平衡凝固技术的迅速发展，材料制备过程中的非平衡性大大提高，大量的低维和亚稳相材料得到广泛应用。非平衡因素在后续过程中驱动非平衡组织进一步向平衡组织转变，因此，凝固组织的非平衡性直接影响到材料后续固态转变的发生、发展和最终材料的物理、化学以及力学性能。虽然人们逐渐意识到非平衡凝固过程中非平衡效应的作用，然而无论在理论还是实验研究上，非平衡凝固与固态再结晶之间的内在联系还没有引起人们的广泛注意。由于缺乏精确而系统的真实枝晶与枝晶间液流间相互作用的物理信息，考虑多个物理因素引起的枝晶间液相流动的非平衡凝固枝晶塑性变形的模型化描述这一物理问题一直未能解决。在当前大多数报道中，大都只能观察到凝固潜热释放，而缺少真实枝晶与液流间相互作用的信息，导致无从研究相关的理论模型。通常情况下，再结晶是冷变形金属或者合金的组织在合适的退火温度下发生无畸变新晶粒的形核和长大。再结晶在金属材料加工领域中具有重要意义。除了传统意义上的再结晶，人们在深过冷单相合金液的快速凝固组织中同样发现了由再结晶机制导致的晶粒细化现象，但该机制尚未得到完全证实。已有研究已经表明，当熔体过冷度ΔT超过过冷度临界值时，由于快速凝固收缩产生的凝固应力将超过合金在再辉条件下的临界屈服点，一次糊状区内的初生枝晶在液相流动的变形作用下发生应力碎断和再结晶，这导致初生枝晶的组织细化。当过冷度大于临界过冷度时，这将导致部分初生枝晶骨架发生应力碎断﹑塑性变形和再结晶。随过冷度继续增加，快速凝固组织内的应力将继续增大进而促使初生枝晶骨架发生更高程度的应力碎断﹑变形和再结晶，这些物理过程的综合作用最终导致快速凝固组织形貌为均匀等轴晶组织，因此，该类组织的形成归因于快速凝固组织发生再结晶，即应力诱导再结晶机制的作用。综上所述，研究者已通过大量研究逐渐认识到非平衡凝固与再结晶转变的相关性，但尚未从理论和实验上进行深入系统地研究。