纯镍具有优良的耐蚀性及优良的焊接性能和加工性能, 较高的电真空性能和电磁控制性能, 被广泛应用于化工、机械、电子, 以及集成电路中电子、磁性薄膜、高纯试剂、标样等的制备, 是现代工业不可或缺的重要材料, 在国民经济、***建设及现代化、信息化社会中起着***重要的作用。 纯镍 N6 是工业上应用***的纯镍材料。 目 前采用真空感应炉和真空自 耗电弧炉是生产 N6 纯镍的主要方法, 但生产工艺较复杂, 需要多 次重熔精炼处理, 且能耗较大,产品的缺陷较多。
采用 电子束冷床炉熔炼只需通过一次熔炼, 缩短工艺流程, 提高了生产能力。 如果能找到电子束冷床炉熔炼 N6 镍锭和它的轧制工艺、 冷轧后热处理工艺, 将可以降低生产成本, 对工业生产具有重要意义。
本文采用电子束冷床炉熔炼后的纯镍 N6 冷轧板材为试验材料, 通过研究材料不同温度热处理后的显微组织和力学性能变化, 探索 N6 板材冷轧后热处理工艺。
实验材料与实验方案 实验材料为 电子束冷床炉熔炼后经过 50% 冷轧变形量后的纯镍 N6 板材, 其化学成分见表 1 。
实验所用原材料规格为 300mm×20mm×1.5 mm的 N6 板坯。 对原始材料进行显微组织观察和抗拉强度及硬度测试。因为纯镍在高温下易氧化, 所以本实验在 SG-GL1400K 真空热处理炉 中 进行真空退火处理, 退火温度分别为 350 、 400 、 450 、 500 、 550℃ ,保温时间均为 1 h , 冷却方法为炉冷至 150℃ 再空冷至室温。 对退火后的板材进行显微组织观察和性能测试。切取少量试样进行金相显微组织观察。对切取的试样进行镶嵌, 在水磨机上进行粗磨、 细磨和抛光, 抛光后的试样再进行腐蚀, 用光学显微镜( OM )进行显微组织观察。用全洛氏硬度计测量显微硬度,测试时在试样的不同部位加载 5 次。 读取平均值作为显微硬度值。 用电子万能试验机进行室温拉伸性能试验, 拉伸数据取 3 个试样的平均值。
N6 板材的显微组织 图 1 为 变形量 50% 的冷轧板坯和 不同 温度退火后的 N6 纯镍板的显微组织。 图 1 ( a ) 为变形量50% 的原始冷轧板坯显微组织图。 从图可以看出, 经过轧制后, 晶粒取向朝着同一变形方向发生变形, 晶粒组织细小, 沿着轧制方向被拉长压扁, 畸变严重。这是由于板材在塑性变形过程中, 金属受到剪切应力 的作用, 晶粒受到挤压得到一定的细化。 图 1 ( b )为经过 350℃ 保温 1 h 后的冷轧板坯显微组织图片。在 350℃ 时, 杂质开始沿晶界析出, 促进晶粒形核长 大, 同时轧制后的细小晶粒也在温度的作用下长大。与图 1(a) 的原始态相比, 原来变形严重的晶粒间出现了大量的分布不均匀的细小颗粒。 当温度上升到400℃ (图 1(c) )时, 细小颗粒逐渐长大, 并在 450℃时, 有明显的析出相, 同时产生杂质元素聚集现象。
随着温度的持续升高, 杂质元素重新扩散到基体材料中, 板材发生完全再结晶, 晶粒明显长大 并重新转变为均匀的等轴晶粒, 由于轧制导致的晶粒变形已经消失, 晶界由大角度晶界转变为小角度晶界, 有助于消除形变强化和残余应力。当温度达到550℃ (图 1 ( f ))时, 在 500℃ 再结晶完成的基础上,小晶粒间 晶界融合,大晶粒吞噬小晶粒,晶粒尺寸明显增大。
N6 板材的室温力学性能 原始态和经过不同温度退火后的 N6 板材的力学性能见表 2 , 将数据整理后如图 2 所示。 由表可以看出 , 经过 50% 变形量的轧制后, 材料受到 机械加工硬化的影响, 原始态板材的硬度、抗拉强度和屈服强度均达到值, 材料伸长率低, 塑性差。 随退火温度的升高, 材料的洛氏硬度呈下降的趋势。而抗拉强度和屈服强度在 500℃ 之前则是先下降后升高的波动变化趋势, 之后随温度的升高继续下降, 出现波动变化的原因在于再结晶的过程的开始和晶界周围析出相的作用所导致。 伸长率呈现先上升后下降的趋势, 在 500℃ 达到值 51% 。 结合图 1 的显微组织分析, 在 500℃ 出现的伸长率和大量均匀分布的再结晶颗粒有关, 再结晶组织的均匀性使材料的加工硬化现象消除, 塑性增加。
考虑到工厂实际生产的需要, 冷轧后热处理在过高的退火温度或过长的保温时间对生产成本和周期不利 。 所以, 经 50% 变形量轧制后的板材, 采用500℃×1 h 的冷轧后热处理工艺获得的 N6 板材综合力学性能, 是冷轧后热处理工艺。
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