[发明专利]一种纳米晶/超细晶双相双峰块体材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米晶/超细晶双相双峰块体材料及制备方法，选取合金化元素使得材料发生相变时，体系仍处于纳米尺度；选定元素后，利用高能球磨法制备纳米晶粉末，并通过高压烧结制备得到单相纳米晶材料；依据选定的两相分数和晶粒尺寸，依据相图计算确定热处理工艺；依据得到的热处理工艺，对单相纳米晶材料在高于同素异构转变温度以上，低于同素异构转变结束温度以下进行短时退火，使部分晶粒发生相变，并利用纳米尺度晶界对相界迁移的抑制作用，使得新相处于超细晶尺度并保留至室温，从而得组织可控的纳米晶/超细晶双相双峰铁基块体材料。

技术领域

本发明属于纳米晶铁基块体材料及其制备方法，涉及一种纳米晶/超细晶双相双峰块体材料及制备方法。

背景技术

金属材料的强度和塑性往往不可兼得：高强度对应低塑性，反之亦然；该倒置关系，极大限制了金属材料的发展。金属纳米晶材料具有数倍于传统金属粗晶材料的强度，但纳米晶粒的位错存储和增殖能力较差，导致金属纳米晶材料塑性变形不均匀，加工硬化能力差，塑性大大降低[Meyers,M.A.,Mishra,A.&Benson,D.J.Mechanical properties ofnanocrystalline materials.Prog.Mater.Sci.51,427-556(2006).]。因此,提高金属纳米晶材料的塑性，获得高强高塑的综合力学性能，具有重大的科学及工程意义。

双峰组织通过向纳米晶基体中引入超细晶/粗晶来抑制纳米晶基体的塑性失稳，兼有纳米晶材料的高强度和粗晶材料的高塑性，近年来在材料力学性能优化调控中发挥重要作用。2002年，Y.M.Wang等[Y.M.Wang,et al.High tensile ductility in ananostructured metal.Nature 419,912-915(2002).]首先制备得到超细晶+粗晶双峰Cu。其制备工艺为，首先在液氮温度下对粗晶Cu进行低温轧制生成超细晶Cu，随后采用短时退火使得部分晶粒再结晶获得双峰Cu，最终获得超过60％的拉伸塑性和6倍于粗晶Cu的拉伸强度。2003年，D.Witkin等[D,Witkin,et al.Al-Mg alloy engineered with bimodalgrain size for high strength and increased ductility.Scripta Mater.49,297-302(2003).]将低温球磨获得的Al-Mg纳米晶颗粒和未经球磨的粗晶颗粒混合，通过热等静压挤出块体Al-Mg双峰材料，获得了847MPa的高断裂强度。南京理工大学公开的“晶粒尺寸可控双峰分布的块体超细/纳米晶合金制备方法”(公开号：101348869B，公开日期：2010-06-02)针对共析或共晶体系合金，由相图结合杠杆定律计算选取合金成分，固溶加热后冷却，控制先共析相或先共晶相的尺寸，再由塑性变形细化合金组织得到完全的超细晶/纳米晶合金，最后在高于先共析相或先共晶相再结晶温度条件下对得到的合金短时退火，得到具有晶粒尺寸双峰分布组织的块体超细/纳米晶合金。太原理工大学公开的“一种亚微米尺度双峰超细晶镍材料的电化学沉积制备方法”(公开号:CN105951132A，公开日:2016.09.21)利用直流电沉积技术具有亚微米尺度晶粒双峰分布的超细晶镍及其制备方法；所要解决的技术问题是提供一种强度与塑性匹配性好、制备工艺简单的亚微米尺度双峰超细晶镍材料。唐山学院公开的“具有双峰尺度铁素体组织的高强钢及其低成本制备方法”(公开号:CN106011422A，公开日:2016.10.12)采用普通低碳钢为原料板，通过冷变形+两相区淬火处理，获得了细小的准多边形铁素体晶粒分布在粗大的多边形铁素体晶粒周围的双峰尺度组织。

值得注意的是，南京理工大学的工艺对参数较为敏感，性能不易重复；D.Witkin、太原理工大学的工艺涉及复杂的化学物理过程，成本较高；Y.M.Wang、唐山学院的工艺仅能制备单相材料，在工业应用中存在局限性。

发明内容

要解决的技术问题