中科院測定金屬材料再結(jié)晶取得新進展

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所方前鋒研究員團隊通過探究連續(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。

塑性變形是提高金屬材料力學(xué)性能（如強度、硬度）的重要手段。然而，變形材料在高溫下會發(fā)生再結(jié)晶過程，從而降低材料的強度和硬度。另一方面，通過再結(jié)晶退火能夠消除冷變形引起的位錯、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及性能的有效方法。因此，確定再結(jié)晶溫度對金屬材料的生產(chǎn)加工和工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。傳統(tǒng)的再結(jié)晶溫度測定方法主要有金相法和硬度法，均需要對一系列樣品在不同溫度下進行一定時間的退火處理后，觀察樣品晶粒尺寸變化或測量樣品硬度變化來測定再結(jié)晶溫度。這些傳統(tǒng)方法存在操作煩瑣、試驗周期長、材料成本高等不足。研究表明，利用內(nèi)耗技術(shù)對固體缺陷非常敏感的優(yōu)勢，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，但與測試頻率無關(guān)。利用Kissinger 方程和連續(xù)升溫再結(jié)晶模型，討論和計算熱激活參數(shù)。進一步結(jié)合硬度法評定的等溫再結(jié)晶溫度，研究人員找到了連續(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)保溫時間的經(jīng)典再結(jié)晶溫度。同時，研究人員對高純鋁再結(jié)晶內(nèi)耗峰的形成機理進行了分析，提出了相應(yīng)的內(nèi)耗表達式。

該項研究建立的基于連續(xù)升溫內(nèi)耗測量技術(shù)確定金屬材料再結(jié)晶溫度的方法，只需要進行3 次甚至兩次連續(xù)升溫內(nèi)耗測量，即僅需3 個或兩個樣品，這比經(jīng)典的等溫方法所需樣品數(shù)量少了1 個數(shù)量級。這種采用內(nèi)耗技術(shù)來評估再結(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。