不同热处理对冷轧大变形电沉积镍板组织及力学性能影响研究

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电沉积镍板直接轧制镍带是一种短流程加工工艺,与传统轧制工艺相比,省去了电沉积镍板熔铸成铸锭的加工环节。退火处理作为短流程轧制镍带工艺中的一道重要工序,决定着该材料最终的组织状态及使用性能。若仍采用传统退火制度,则生产周期长,能耗高,效率低。研究高速退火可有效降低能耗、提高生产效率,同时能够精确控制材料再结晶组织及织构演化,一旦应用于工业生产将会成为成形控性的有效手段。因此,本研究以大变形冷轧90%和98%电沉积镍作为主线,采用不同退火热处理方式,获得不同退火速率下材料组织性能的变化,对丰富电沉积镍短流程工艺的理论体系意义重大。研究中,利用箱式电阻炉、差示扫描量热仪、Gleeble-3500热模拟机对该冷轧电沉积镍予以不同方式的退火处理,利用显微硬度仪、电子万能材料试验机、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等手段,分析了在真空退火、准静态退火、高速(300K/s)退火三种不同热处理条件下大变形电沉积镍的微观组织结构、力学性能等。主要研究结果如下:(1)在真空退火作用下,随着保温温度升高、保温时间延长,显微硬度明显下降;在准静态退火作用下,显微硬度对退火方式更敏感,退火速度越快,硬度下降响应速度越快;在高速退火作用下,显微硬度一直保持在200HV以上,受温度影响稍有下降,但仍然维持在较高水平。(2)在真空退火作用下,随着保温温度升高、保温时间延长,晶粒明显长大,直到773K、15min时长大至3.75μm;在准静态退火作用下,693K时晶粒已长大到3μm以上,而在真空退火时相同温度下,晶粒长大速度要更缓慢一些,退火速度的提高会导致晶粒异常长大。在高速退火作用下,晶粒大小始终保持在1.6μm以下;和前两种退火方式相比,高速退火可抑制晶粒长大,细小的晶粒是保证此时仍有较高强度的原因之一。(3)在真空退火和准静态退火作用下,随着保温温度升高、保温时间延长,显微组织的回复、再结晶过程逐渐发生;真空退火下,773K、15min时形变组织完全消退,再结晶发生完全;准静态退火作用下,693K时比493K回复再结晶发生组织区域明显增加,表明此方式下再结晶对退火温度更敏感;在高速退火作用下,随着退火温度的提高,形变组织逐渐减少,回复组织逐渐增加,一直到693K温度下仍然是回复组织占绝对优势,而再结晶现象均发生的较少,这是材料此时塑性大幅度提升的原因之一。(4)在真空退火和准静态退火作用下,随着保温温度升高、保温时间延长,退火孪晶大量出现;真空退火则是在773K退火温度下孪晶大量生成,最高达到61%;准静态退火则在693K时退火孪晶比例已经很高,相比较真空退火693K时退火孪晶比例仅在5%左右,这两种方式下退火温度高低对退火孪晶的生长影响很大;在高速退火作用下,也出现了退火孪晶,但相较前两种退火方式,比例很低,这表明退火孪晶的形核机制受到了高速退火的制约。
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