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科學(xué)家提出測(cè)定金屬材料再結(jié)晶溫度的新方法

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2022-03-01 20:43

近期,中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員方前鋒團(tuán)隊(duì)在金屬材料再結(jié)晶行為的內(nèi)耗研究方面取得進(jìn)展,通過探究連續(xù)升溫再結(jié)晶過程與等溫再結(jié)晶過程的內(nèi)在聯(lián)系,建立了通過連續(xù)升溫內(nèi)耗測(cè)量技術(shù)確定再結(jié)晶溫度的方法,拓寬了內(nèi)耗技術(shù)在金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds上。

 

塑性變形是提高金屬材料力學(xué)性能(如強(qiáng)度、硬度)的重要手段。然而,變形材料在高溫下會(huì)發(fā)生再結(jié)晶過程,從而降低材料的強(qiáng)度和硬度。另一方面,通過再結(jié)晶退火能夠消除冷變形引起的位錯(cuò)、空位、亞晶界等結(jié)構(gòu)缺陷,這也是工業(yè)上控制金屬材料組織和性能的有效方法。因此,確定再結(jié)晶溫度對(duì)金屬材料的生產(chǎn)加工和工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。傳統(tǒng)的再結(jié)晶溫度測(cè)定方法主要有金相法和硬度法,均需要對(duì)一系列樣品在不同溫度下進(jìn)行一定時(shí)間的退火處理后,觀察樣品晶粒尺寸變化或測(cè)量樣品硬度變化來測(cè)定再結(jié)晶溫度。這些傳統(tǒng)方法存在操作繁瑣、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、材料成本高等不足。目前研究表明,利用內(nèi)耗技術(shù)對(duì)固體缺陷非常敏感的優(yōu)勢(shì),可以探究變形金屬的再結(jié)晶過程。然而,盡管連續(xù)升溫再結(jié)晶內(nèi)耗峰可以表征變形材料發(fā)生了再結(jié)晶過程,但該內(nèi)耗峰峰溫與等溫退火過程確定的經(jīng)典再結(jié)晶溫度有很大的不同。

 

鑒于此,研究人員研究了變形純鋁在連續(xù)升溫過程中的再結(jié)晶行為,發(fā)現(xiàn)再結(jié)晶內(nèi)耗峰隨著升溫速率的增加向高溫移動(dòng),但與測(cè)試頻率無關(guān);利用Kissinger方程(圖1)和連續(xù)升溫再結(jié)晶模型,討論和計(jì)算熱激活參數(shù)。進(jìn)一步結(jié)合硬度法評(píng)定的等溫再結(jié)晶溫度,他們找到了連續(xù)升溫再結(jié)晶內(nèi)耗峰溫與等溫再結(jié)晶溫度的等效方法,即通過先前連續(xù)升溫內(nèi)耗測(cè)量所獲得的Kissinger方程,代入特定的升溫速率,即可得到相應(yīng)保溫時(shí)間的經(jīng)典再結(jié)晶溫度。同時(shí),研究人員對(duì)高純鋁再結(jié)晶內(nèi)耗峰的形成機(jī)理進(jìn)行了分析(圖2),提出了相應(yīng)的內(nèi)耗表達(dá)式。      

 

該項(xiàng)研究建立的基于連續(xù)升溫內(nèi)耗測(cè)量技術(shù)確定金屬材料再結(jié)晶溫度的方法,只需要進(jìn)行三次甚至兩次連續(xù)升溫內(nèi)耗測(cè)量,即僅需三個(gè)或兩個(gè)樣品,這比經(jīng)典的等溫方法所需樣品數(shù)量少了一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外,這種采用內(nèi)耗技術(shù)來評(píng)估再結(jié)晶溫度的方法也可以推廣到其他金屬如銅合金、鋼鐵等材料體系?! ?/span>

 

相關(guān)研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及合肥研究院院長(zhǎng)基金的支持。

 

科學(xué)家提出測(cè)定金屬材料再結(jié)晶溫度的新方法

 

圖1 連續(xù)升溫內(nèi)耗峰溫確定的Kissinger圖(方塊)和等溫法確定的再結(jié)晶溫度(三角)

 

科學(xué)家提出測(cè)定金屬材料再結(jié)晶溫度的新方法

 

圖2 再結(jié)晶內(nèi)耗峰形成機(jī)理分析

 

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來源:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)

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