[发明专利]一种模拟金属粉末状材料晶粒长大行为的方法

说明书

本发明涉及金属材料领域，公开了一种模拟金属粉末状材料晶粒长大行为的方法，在尺寸为φ5～10×3的待观察试样基体上利用线切割设备切割一个与基体部分连接的φ0.2～0.5的孤岛状区域，利用“孤岛状区域”模拟粉末状材料并利用高温激光共聚焦显微镜原位观察块状金属基体和粉末状金属材料的晶粒长大行为。本发明制备的试样将块状和粉末状材料结合在一起，克服了粉末状试样不能单独进行高温激光共聚焦观察的难题，而且利用高温激光共聚焦原位观察块状和粉末状金属材料的晶粒长大行为。本发明提供的制备方法工艺简单，易于操作，成本低廉；本发明提出的利用高温激光共聚焦原位观察粉末状金属材料晶粒长大行为为粉末状材料晶粒长大行为的研究提供了新的思路。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种模拟金属粉末状材料晶粒长大行为的方法。

背景技术

奥氏体晶粒的大小是衡量钢加热的重要指标，它对钢的冷却转变及转变产物的组织和性能都有极大影响。通常情况下，奥氏体晶粒越细小，热处理后钢的强韧性就越好。奥氏体晶粒的大小也决定了相变时形核点的数量，从而决定相变速率和相变后的组织。因此，了解奥氏体的长大行为，对制定合理的热处理工艺以及材料获得良好的强韧性有重要意义。

对于钢铁材料的晶粒长大行为研究已经经历了很长的阶段。早期的实验研究已经对热处理温度、保温时间、加热速度、钢的化学成分以及钢材原始组织对奥氏体晶粒长大行为的影响做了大量工作，但是由于技术水平的限制，这些工作仅局限在热处理之后的组织观察，不能直观的体现晶粒长大过程，只能做出定性分析，晶粒长大过程中的细节问题还有待解决。

高温激光共聚焦显微镜是日本Lasertec公司将共聚焦激光扫描、红外加热、拉伸等技术结合，是可以原位观察材料高温组织演化的共聚焦激光扫描显微镜。该产品可以进行高温状态下样品形貌的原位观察，是直观研究材料加热过程组织演变，冷却过程相变，高温拉伸等过程的重要工具。因此，可以借助高温激光共聚焦显微镜来更加直观的研究晶粒的长大行为。但是由于高温激光共聚焦显微镜试样的制备要求样品表面水平度高，表面必须要经过均匀抛光且表面粗糙度要尽量低，不要有划痕，这就极大地限制了粉末状试样晶粒长大行为的研究。而目前，对于粉末状材料晶粒长大行为和块状材料晶粒长大行为的区别鲜有报道。

鉴于以上研究背景及粉末状材料晶粒长大行为亟待解决的关键问题，本发明提出一种模拟金属粉末状材料晶粒长大行为的研究方法，通过自行设计的制样方式并结合高温激光共聚焦显微镜，原位观察粉末状材料和块状材料的晶粒长大行为。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟金属粉末状材料晶粒长大行为的方法，用来原位观察粉末状材料和块状材料的晶粒长大行为。

具体技术方案如下：

一种模拟金属粉末状材料晶粒长大行为的方法，具体步骤如下：

(1)试样的制备：按照高温激光共聚焦显微镜试样制备要求，利用线切割制备尺寸为直径5～10mm、高度3mm的圆柱形试样；利用线切割，在上述试样中心位置加工出一个与基体部分连接的尺寸为直径0.2～0.5、高度3mm的孤岛状区域；将其中的一个平行表面利用240#，400#，600#，800#，1000#，1200#，1500#SiC砂纸依次进行磨制，然后再用DNW2.5的水溶金刚石研磨膏在全自动抛光机上进行抛光，利用酒精清洁表面后，得到用于研究粉末状材料晶粒长大行为的高温激光共聚焦试样；

(2)将制备好的高温激光共聚焦试样置于高温激光共聚焦的坩埚中，设置试验工艺参数：加热速度为0.1℃/s，最终加热温度为1200℃，在该温度下保温1小时，以60℃/s的速率冷却至室温；原位观察升温和保温过程中“孤岛状区域”处晶粒和基体晶粒的长大行为。

(3)高温激光共聚焦设备按照预先设定的程序，自动以图片形式记录实验过程中晶粒的长大行为，实验结束后，系统自动将图片合成视频。

所述方法可以用于金属材料晶粒长大行为的研究。