[发明专利]一种利用双组织结构提升含硼共晶合金塑韧性的方法

说明书

本发明公开了一种利用双组织结构提升含硼共晶合金塑韧性的方法，借助非平衡凝固与后续等温退火热处理一体化调控手段获得双组织结构，实现含硼共晶合金塑韧性提升，具体步骤为，选择含硼二元或三元共晶合金，采用高频电磁感应熔炼炉对合金进行熔炼，利用熔融玻璃净化结合循环过热方法获得过冷合金熔体，通过自然冷却或激冷获得共晶合金非平衡凝固组织；对共晶合金非平衡凝固组织进行后续等温退火热处理，从而获得表层单相再结晶组织层，而内部为非规则两相的双组织结构，同时提升合金的强度和塑韧性。本发明利用非平衡凝固方法结合后续等温退火热处理，将含硼共晶合金非平衡凝固组织获取和组织后续转变相结合，获得合金双组织结构，实现合金综合力学性能提升，大大丰富和推动了已有的共晶合金组织性能调控方法，可用于调控含硼共晶及类似合金材料的力学性能。

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双组织结构提升含硼共晶合金塑韧性的方法。

背景技术

因其丰富的组织花样及优异的综合性能，共晶合金一直是工业应用最广泛的合金之一，而通过调控共晶合金的组织改进合金性能也一直为人们所关注。(Fe，Ni)-B共晶合金因具有优异的软磁性能，良好的力学性能以及冶金性能而被人们研究并应用，决定合金服役性能的合金组织往往受控于其凝固及后续冷/热加工过程，而其中的一个关键问题就是合金凝固组织的演化及其后续转变组织调控。通过非平衡凝固技术获取平衡条件下无法实现的非平衡组织，也一直是凝固科学和技术研究的重要内容。非平衡凝固组织不仅具有平衡态组织所不具备的力学、物理性能，而且基于非平衡凝固组织的亚稳特性，结合热处理手段诱发后续固态转变，可实现合金终态组织进一步调控。

合金材料理想的服役性能是高强度兼具良好塑性，而以位错理论为基础的传统强化方法导致合金强度提升必然以牺牲材料部分塑性为代价。大量研究发现，通过施加组织非平衡性结合后续热处理固态转变，可以实现材料强度和塑性同时改善。在传统意义上，依靠后续静态再结晶转变实现金属组织性能改善，只能够在具有冷变形金属材料中通过后续再结晶退火实现。而非平衡凝固作为合金组织非平衡性产生的有效手段，如与后续热处理结合，则可实现合金组织性能一体化调控。

非平衡凝固组织后续热处理转变研究伴随着Fe-，Ni-基合金的应用已开展多年，但大都集中于单相组织或单相合金，而共晶合金非平衡凝固组织后续转变研究甚少，这主要归因于单相组织后续转变单一，便于从实验和理论上对转变驱动力来源、过程及最终组织进行表征。近年共晶合金凝固组织的后续固态转变研究伴随综合性能优异的高熵合金成为材料研究及应用热点也有开展，但其研究对象主要针对常规平衡或近平衡凝固组织，此类组织后续再结晶转变发生的先决条件是人为引入非平衡性，即试样经受较大塑性变形。这归因于共晶合金非平衡凝固组织往往非单一转变过程产生，共晶合金非平衡凝固过程包含共晶团组织的初生凝固及团间残余液相的后续凝固，甚至亚稳相组织的形成，使得凝固过程非平衡效应耗散方式多样，组织非平衡性在凝固及后续冷却过程可通过多种方式释放，平衡及近平衡凝固条件下，合金组织中的非平衡性较少累积和存储。

发明内容

本发明解决了现有工艺方法中的不足，提供一种利用双组织结构提升含硼共晶合金塑韧性的方法，借助非平衡凝固获得合金组织非平衡性，而无需借助人为塑性变形，与后续热处理一体化调控技术结合形成双组织结构，提升含硼共晶合金塑韧性。

本发明所采用的技术方案：一种利用双组织结构提升含硼共晶合金塑韧性的方法，其特征在于，具有以下步骤：

S1：选择含硼二元或三元共晶合金，采用高频电磁感应熔炼炉对所述共晶合金进行熔炼，利用熔融玻璃净化结合循环过热方法获得过冷合金熔体，对过冷合金熔体进行自然冷却或激冷获得共晶合金非平衡凝固组织；

S2：对共晶合金非平衡凝固组织进行等温退火热处理，以共晶合金非平衡凝固组织中累积的非平衡性为驱动力，在等温退火热处理的诱导下，其表层组织脱硼的同时发生再结晶转变，形成单相组织层，与其内部非规则共晶组织构成双组织结构。