一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢及其制备方法，以以孪生诱发塑性钢为基材，根据孪生诱发塑性钢的层错能调控范围确定对基材进行搅拌摩擦加工的工艺参数；根据确定的工艺参数，对热处理后的基材按道次交替进行常温搅拌摩擦加工和快速冷却搅拌摩擦加工，得到层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢。本发明专利技术方法制备的横向层错能梯度分布或纵向层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢在不同搅拌摩擦加工道次之间层错能呈现梯度化，达到局部增加孪生诱发塑性钢的强度和塑性的目的。生诱发塑性钢的强度和塑性的目的。生诱发塑性钢的强度和塑性的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢铁材料加工
，具体涉及一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]孪生诱发塑性钢是一种高锰合金奥氏体钢，与普通钢材相比，具有强度高，塑性高的特点，属于第二代超高强钢，强度达到800
‑
1000MPa，断后延伸率达到65％
‑
85％。高锰孪生诱发塑性钢具有高能量吸收能力和高刚度、高塑性，常被用于交通运输、国防军工、能源勘探等领域。。
[0003]在塑性变形过程中，应孪生诱发塑性钢的变形机制主要以孪生方式进行，这是由于低层错能的奥氏体晶粒在变形时内部产生大量位错与层错缺陷，在切应力作用下，位错源所产生的大量位错沿滑移方向运动时受到阻碍，位错被钉扎造成位错塞积、缠结，随着应力的增大位错不断堆集，应力集中愈来愈大，滑移系很难再滑移运动。当应力集中在孪生方向达到临界应力值时，形成孪晶。随着应变量的增加，材料中出现大量高密度形变孪晶，并产生次生孪晶。初生孪晶与次生孪晶交互穿越、切割基体，增加了运动障碍，起到了细化晶粒的作用，极大地提高了孪生诱发塑性钢的强度。高应变区首先形成的孪晶界阻碍了该位错滑移，促使其它应变较低区域通过滑移进行形变直至孪晶的形成，显著推迟了缩颈的产生，使得材料保持高的加工应化率，进而表现出高强度，获得更大的延伸效果。
[0004]虽然位错运动使得孪生诱发塑性钢具有高强塑性，但是仅靠位错塞积强化的孪生诱发塑性钢存在屈服强度低、易变形的缺陷，限制其应用范围。目前，调控孪生诱发塑性钢抗拉强度和屈服强度的方法主要有合金化和晶粒细化。合金化改善效果有限，同时会增加材料制备成本，不利于资源环保。晶粒细化可以较好的改善材料的抗拉强度和屈服强度，现有的大塑性变形技术，如，轧制、等通道转角挤压、锻造和高压扭转，可以有效细化晶粒尺寸，提高材料的强度，但会大幅降低材料塑性。因而，如何在提高孪生诱发塑性钢强度的同时保持其高塑性是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于改善传统技术的不足，同时丰富层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，提出一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢及其制备方法，得到同时兼顾强度和塑性的改性孪生诱发塑性钢。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]本专利技术提供一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，以孪生诱发塑性钢为基材，根据孪生诱发塑性钢的层错能调控范围确定对基材进行搅拌摩擦加工的工艺参数；根据确定的工艺参数，对热处理后的基材按道次交替进行常温搅拌摩擦加工和快速冷却搅拌摩擦加工，得到层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢。
[0008]本专利技术还具有以下技术特征：
[0009]具体的，所述的层错能梯度分布包括层错能横向梯度分布和层错能纵向梯度分布。
[0010]更进一步的，所述孪生诱发塑性钢的层错能调控范围为12～35mJ/m2。
[0011]更进一步的，所述搅拌摩擦加工的搅拌头转速为100～2000r/min，搅拌头前进速度为50～600mm/min。
[0012]更进一步的，所述快速冷却摩擦加工过程中采用冷却剂对基材进行冷却，所述冷却剂包括液态CO2或液态C5H
12
。
[0013]更进一步的，所述搅拌摩擦加工中冷却剂喷射管道的直径为1～2mm、冷却剂喷射管道的数量为1～4根、冷却剂瓶的压力为5～10Pa。
[0014]更进一步的，所述热处理的加热温度为500～1100℃，保温时间为10～35min。
[0015]更进一步的，所述方法具体包括以下步骤：
[0016]步骤1、以孪生诱发塑性钢为基材，根据孪生诱发塑性钢的层错能调控范围确定基材的晶粒尺寸调控范围；根据得到的晶粒尺寸调控范围确定搅拌摩擦加工过程中搅拌头的旋转速度与搅拌头的前进速度之比，所述孪生诱发塑性钢的层错能调控范围为12～35mJ/m2；
[0017]步骤2、对基材进行热处理，将基材晶粒尺寸调控至高于步骤1确定的晶粒尺寸调控范围的最大值，得到热处理后基材；
[0018]步骤3、按照步骤1确定的搅拌摩擦加工过程中搅拌头的旋转速度与搅拌头的前进速度之比确定搅拌摩擦加工的工艺参数，然后对热处理后基材按道次交替进行常温搅拌摩擦加工和快速冷却搅拌摩擦加工，得到层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢。
[0019]更进一步的，步骤1所述的晶粒尺寸调控范围确定搅拌摩擦加工过程中搅拌头的旋转速度与搅拌头的前进速度比通过以下公式实现：
[0020][0021]式中：
[0022]V
转
为搅拌头的旋转速度，单位为rap/min；V
焊
为搅拌头的前进速度，单位为mm/min；d为轴间直径，单位为mm；T为搅拌摩擦加工的温度，单位为℃；V
0.5
为金属晶粒最大再结晶速度，单位为s
‑1；L为搅拌摩擦加工区的宽度，单位为mm；ρ为晶粒尺寸，单位为μm；n为搅拌摩擦加工区内沿宽度方向的晶粒个数，n为正整数；f为摩擦系数；t为搅拌摩擦加工的时间，单位为s。
[0023]本专利技术所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法制备得到的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢；
[0024]所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢包括以孪生诱发塑性钢为基材，根据孪生诱发塑性钢的层错能调控范围确定对基材进行搅拌摩擦加工的工艺参数；根据确定的工艺参数，对热处理后的基材按道次交替进行常温搅拌摩擦加工和快速冷却搅拌摩擦加工制得。
[0025]本专利技术与现有技术相比具有以下技术效果：
[0026](1)本专利技术方法制备的横向层错能梯度分布或纵向层错能梯度分布的孪生诱发塑
性钢的层错能在12
‑
35mJ/m2范围内，制得的孪生诱发塑性钢在不同搅拌摩擦加工道次之间层错能呈现梯度化，每一个搅拌摩擦加工道次的焊合区、机械热影响区、热影响区内层错能也呈现梯度化，达到了局部增加孪生诱发塑性钢的强度和塑性的目的，制备得到的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢更适合在复杂工况条件下使用。
[0027](2)本专利技术方法制备得到的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢抵抗局部劲缩的能力提高，同时保持较高的加工应化率，有效提高材料的强塑积。
[0028](3)本专利技术提供的方法调控能力强，不限制材料的尺寸，制备方法环保，可直接应用于亚稳态材料改性等，具有很强的推广应用价值。
附图说明
[0029]图1为本专利技术方法的横向层错能梯度化孪生诱发塑性钢加工示意图；
[0030]图2为实施例1中热处理后的基材晶粒尺寸图。
[0031]以下结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
具体实施方式
[0032]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，可以通过增加、删除、修改等各种不同方式修改所描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，以孪生诱发塑性钢为基材，根据孪生诱发塑性钢的层错能调控范围确定对基材进行搅拌摩擦加工的工艺参数；根据确定的工艺参数，对热处理后的基材按道次交替进行常温搅拌摩擦加工和快速冷却搅拌摩擦加工，得到层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢。2.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述的层错能梯度分布包括层错能横向梯度分布和层错能纵向梯度分布。3.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述孪生诱发塑性钢的层错能调控范围为12～35mJ/m2。4.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工的搅拌头转速为100～2000r/min，搅拌头前进速度为50～600mm/min。5.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述快速冷却摩擦加工过程中采用冷却剂对基材进行冷却，所述冷却剂包括液态CO2或液态C5H
12
。6.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工中冷却剂喷射管道的直径为1～2mm、冷却剂喷射管道的数量为1～4根、冷却剂瓶的压力为5～10Pa。7.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述热处理的加热温度为500～1100℃，保温时间为10～35min。8.如权利要求1所述的层错能梯度分布的孪生诱发塑性钢的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1、以孪生诱发塑性钢为基材，根据孪生诱发塑性钢的层错能调控范围确定基材的晶粒尺寸调控范围；根据得到的晶粒尺寸调控范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔柯，王佳，王快社，王文，蔡军，郝政扬，薛凯芮，陈善勇，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：