金属材料中退火孪晶的控制及利用_晶界工程研究

来源:热处理工艺问答作者:王忠诚

金属材料中退火孪晶的控制及利用_晶界工程研究

 ProgressChineseJournalofNature Vol.32No.2 金属材料中退火孪晶的控制及利用

———晶界工程研究

夏 爽① 李 慧② 周邦新③ 陈文觉④

①博士,②博士研究生,③中国工程院院士,④副研究员,上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072

关键词 退火孪晶 斑铜 晶界工程 显微组织控制

  退火孪晶是低层错能面心立方金属材料中比较常见的一种显微组织。斑铜艺人利用“锻打”和“高温烧斑”的工艺,使晶粒发生异常长大后形成退火孪晶,制造了瑰丽斑驳的斑铜艺术品。虽然他们并不知道出现这些斑纹背后的科学原理,然而他们通过积累的生产实线经验,已经能够控制并利用退火孪晶这种显微组织。随着现代材料与冶金科学技术的发展,人们对控制材料显微组织的重要性有了更加深刻的认识,也有了更多的方法。基于退火孪晶的晶界工程研究与实践就是控制与利用退火孪晶这种显微组织的过程。

,(b),再进

1引 言

关于“云南斑铜”入“斑铜”一词,。其中一

篇文章中说道“:间传统手工艺品。采用铜基合金原料,经过锻打或铸造

成型、精工打磨、以及复杂的后工艺处理制作而成,其褐

红色的表面呈现出离奇闪烁、瑰丽斑驳的斑纹而独树一

帜,堪称金属工艺之冠”。图1(a)中展示的就是一匹马

的斑铜艺术品[1],在马的胸口有很大的斑纹。这引起了

我们的浓厚兴趣,因为我们正在研究的课题与这种斑纹

在本质上有很大关系,这种斑纹其实就是铜合金中粗大

的退火孪晶。

在具有低层错能的面心立方金属材料中,比如奥氏

体不锈钢,铜合金,铅合金,镍基合金等,退火孪晶是一

种常见的显微组织。图1(b)是镍基690合金显微组织

的光学显微镜照片。图中平行的条状组织就是退火孪

晶,比如晶粒B就是一个退火孪晶,英文称之“annealing

twins”。由两条平行的共格界面A/B,和B/A’组成。[2],就能。这与“会泽铜辉师傅郭德宏所介绍的工序相符“:生斑的制作特别讲究,必须要用95%的自然铜,一点一点地锻打,再用高温来烧斑。有的工序、程序要反复多次,有十来道(工序)都是靠我们一锤一锤(敲)打出来的,要烧一火,再打一次。可以说,一件产品要烧几十火,打几万[4]锤才能最终成型”。这种捶打及烧制的过程就是促使晶粒异常长大的过程。在图1(a)中可以看到斑驳的孪晶斑纹是由于孪晶与母体晶粒的晶体取向不同,工艺品表面经抛光后

,对自然光反射能力的差异而造成的。图1 (a)斑铜马艺术品[1];(b)孪晶的光学显微形貌晶粒A和A’具有相同的取向,晶粒A和B的晶体点阵

排列相对于它们之间的界面呈现镜面对称;同样晶粒B

和A’的晶体点阵排列相对于它们之间的界面也是这种

对称关系。英文中用复数形式“twins”表示孪晶,就是因

为它由两条相同的界面构成。图1(b)中的孪晶尺寸比

较小,在微米量级;而图1(a)中“孪斑”的尺寸却很大,肉

眼可见。这是由于“孪斑”是通过二次再结晶得到的

94 [3]斑铜艺术品是利用晶粒异常长大后产生了美丽的孪晶斑纹,而在通常的金属材料中减小孪晶的尺寸还能够大幅度提高材料的力学性能。最近,据中国科学院金属研究所消息,2009年1月30日《科学》,报道了中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢磊研究员领导的研究小组与卢柯研究员、丹麦Risφ国家实验室的黄晓旭博士合作研究的成果。卢磊研究员及其合。