【材料视野】细化晶粒的加工-热处理工艺

参考来源：钛工业进展

用大塑性变形（SPD）方法细化晶粒受到关注，已有许多这方面的研究报告，但在实际应用时，其在成本及对热处理型合金的适用性等方面仍面临许多困难。日本研究人员开发了可连续进行高效生产并能细化晶粒的加工-热处理工艺（RMA-CREO，简称CREO）。这种方法把棒材在高频线圈中局部加热、冷却，在局部形成变形抗力低的区域，在这个区域给试样施加扭转力，产生的剪切变形使晶粒细化，细化的组织由水冷装置进行强制冷却以防晶粒粗化。加热扭转变形通过在轴向的连续移动可以进行连续的细晶化处理。一种材料只要其在加热状态可变形就可用CREO法进行晶粒细化处理，该方法可用于铝、镁、钢、不锈钢、Ti-6Al-4V合金、铜合金等金属材料。由于CERO法是一种非接触工艺方法，可在高温下给予强应变，随后急冷，是一种高效的热处理方法。以往的SPD方法往往难以适用于热处理型合金，而CREO法可进行有效的热处理以大幅提高材料的性能。CREO处理的原理和效果大致有如下3种。

一是晶粒细化效果，即扭转引起剪切变形，使晶粒伸长，这种伸长变形会产生应变，从而使晶粒细化。由于是短时间加热，应变后会得到等轴的细小再结晶晶粒。

二是提高固溶效果，即加热和CREO的扭转应变引起原子间间距扩大而促进固溶，实现固溶强化。

三是结晶方向的控制效果，即对于主滑移面（0001）有强的各向异性的HCP钛合金等，可通过CREO处理给予所定角度一定的织构而控制这种材料的各向异性。研究人员通过对纯钛、Ti-6Al-4V、β钛合金等的CREO处理，确认了这种方法可细化钛的晶粒。如对纯钛进行CREO处理，其晶粒可由20～100μm细化到2～20μm。研究人员还将经CREO处理的直径19mm的纯钛棒材通过锻造成形为半径约90mm、厚度约3mm的圆盘。研究表明，锻造成形可进一步细化晶粒，提高其性能。综上所述，这种RMA-CREO方法是一种可期待量产的实用型细化晶粒的加工-热处理工艺。今后将对具体的加工件进行积极的实用化探讨。