[发明专利]Fe－Ni合金瞬态微小压应力变形晶粒细化方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁生产技术领域，特别涉及一种Fe-Ni合金瞬态微小压应力变形晶粒细化方法。

背景技术

钢铁材料具备矿产资源丰富、生产规模大、工艺成熟、易于加工、性能可靠、使用广泛、价格低廉、制品寿命长和便于回收等一系列特点，是目前任何一类工程材料难以媲美的，也是工业生产和人们生活中最广泛使用的材料。国民经济的各个部门都迫切需要性能高、使用寿命长和成本低的钢铁材料；并且，随着科技的发展，钢铁材料不仅用于结构材料，而且在生产和生活的各个方面以功能材料的形式存在。此外，社会的发展对钢铁的生产、加工使用和回收等环节提出了降低能耗、节约有限资源和保护生态环境的要求。因此，经济建设和社会发展迫切需要综合性能卓越以及有特殊性能要求的钢铁，即新一代钢铁材料。

而作为新一代钢铁材料的一个分支，磁性材料已经大量运用于社会的各个方面，以满足电工设备、电子设备、电子计算机等各方面技术要求。而软磁材料正是磁性材料中用途最广、用量最大的一类材料。

软磁材料是随着电力工业和电讯技术的兴起应运而生的，硅片钢作为电机和变压器的主要材料，目前仍在软磁材料中居主要地位。但电话技术的发展，提出了在弱电工程中用高磁导率材料的要求，此时，铁镍系等各类软磁合金就被研制了出来。从六十年代到目前为止，随着电讯、磁记录、自动控制和遥控、电子计算机等不断的出现，电子技术已更加广泛地成为现代科学技术和工业生产的重要基础。这相应地要求金属软磁材料具有高效率、高稳定性、高可靠性、高耐用性，以及低的价格等。

尤其是在进入七十年代以后，以高电阻、高硬度为重点，研制出了很多使用于磁头的软磁合金。同时，人们对材料的性能与冶金学的各种因素的关系、材料的诸多技术性能与其内部结构的关系，以及这些性能随外界条件(如温度、外力、振动、等)作用的变化关系，都有了更为深入的了解。因此铁镍合金作为应用最为广泛的软磁材料，更有必要研究它的生产工艺来提高它的综合性能。

由于冷却过程的固相转变过程控制着产品的最终微观组织结构，而微观组织结构又显著影响材料性能，从而大大影响产品的使用性能。很多年以来，材料学家们已经在工程应用和相变理论研究两方面进行了广泛而深入的研究。越来越多的研究表明，在新一代钢铁材料的发展中，进行固态相变过程中的最终组织控制已经成为提高钢铁材料性能最有效的方法。

钢中奥氏体向铁素体的转变是基本的固态相变之一，决定了钢铁材料的许多微观组织特征和力学性能。而晶粒细化是提高金属强度的有效方法，并且随着晶粒的缩小，金属材料的电阻也相应增大。自20世纪60年代以来，人们一直致力于晶粒细化的研究和开发工作，先后开发出未再结晶控轧(传统控轧)、再结晶控轧以及控制冷却等晶粒细化工艺，并且在实际中得以广泛应用。1981年，R.Priestner报道了低碳钢轧制时轧缝中发生的γ→α相变，并称之为应变诱导铁素体相变。20世纪80年代，Yada等人在实验室模拟轧机上将C-Mn钢的铁素体晶粒细化至2-3μm。90年代中期，P.D.Hodgson等人将Nb-Ti复合微合金钢也在实验室单机架轧机上将带材表面的铁素体晶粒细化至1μm。

因此，在不改变成分组成的情况下，寻找有效地细化铁镍合金的晶粒，并且能够明显提高硬度的工艺方法，具有很重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的就是利用微小瞬态单轴压力加载形变的方法，细化Fe-Ni合金的晶粒，提高合金的强度，并且能够降低形变热处理的能耗，推进其在实际中的应用。

本发明的Fe-Ni合金瞬态微小压应力变形晶粒细化方法，包括以下步骤：

(1)试样制备

采用块状纯Fe和纯Ni制备所需试样，按1～3％Ni将Fe和Ni放入熔融炉中熔化，然后在模具中浇铸成铸锭；将锭铁进行均匀化退火：从室温加热至1373～1473K，保温1～5小时后炉冷至室温；

(2)加载应力过程

将步骤(1)的试样放入热处理仪器中进行处理：设定程序为：升温速率为30～80K/min，从室温升至1223～1323K后，保温5～15分钟，再以相同的冷却速率降至1123～1173K，加载一个单轴的压应力，应力范围为10～20Mpa，加载3～10s后立即卸载，然后以相同的速率降至室温。