摘要：文章研究纯钴在600~1000℃的压缩温度以及在0.01S-1~1S-1的压缩速率下的热变形行为，通过绘制应力-应变曲线，对压缩后试样进行微观组织形貌分析，探讨不同加工温度和应变速率对纯钴热变形过程的影响。研究结果表明：纯钴的热变形行为与压缩温度、压缩速率的变化有较大关系，在压缩温度600~800℃、压缩速率0.1S-1~1S-1时，纯钴具有较高的强度；压缩温度高于800℃、压缩速率小于0.1S-1时，纯钴发生动态再结晶，组织变形均匀，加工强度降低。
关键词：高温压缩,热变形行为,显微形貌
钴（Co）是一种在高温下保持高强度、较低导热性和导电性的具有优异高温性能的金属，主要用于制造高温合金、磁性材料、电池等产品，尤其在航空领域，钴基合金能制造一台高效的高温引擎［1-2］。随着现代工业的发展，对Co高温性能的要求也日益提高［3-4］，以满足现代工业发展需求。主要集中在以下方面：①添加微量元素：通过添加铬、钼、钨等微量元素改善Co的高温性能，可以提高钴合金的高温强度和耐腐蚀性能，常用于制造发动机、涡轮机等高温零部件；②制备纳米结构材料：利用纳米结构技术制备钴纳米晶材料，作为电催化和储氢材料、生物医用材料等应用于未来人类生活中；③表面改性：通过电化学原位转化法、多弧离子镀等表面处理技术阻止Co表面发生氧化，从而提高Co的高温性能；④制备复合材料：采用真空熔炼和粉末冶金的方法可以制备出高温强度优异的钴基复合材料。在对Co的高温变形行为研究过程中，热压缩是研究该材料高温行为和性能的重要方向。热压缩实验可控制时间、温度和压力等参数，模拟材料在高温环境下的应力和变形情况，从而得出材料在高温下的变形行为、力学性能、组织结构变化等。文章研究纯Co在不同温度以及不同压缩速率下的热变形行为，通过研究其热变形过程的应力-应变以及加工硬化变化趋势，观察变形后微观组织形貌，为Co的加工技术提供重要的理论参考依据。
1实验材料与方法
文章选取原料为商用Co粉，其粒径尺寸为1.5~2.0μm，粒径分布均匀。将Co粉通过LDJ320/1500-300YS型冷等静压机进行压制并保压1min，其中压制压力为200MPa，用于压制的模具尺寸为Φ65×Lmm；冷压结束后，将压坯放置在XCL-30-16-Q型氢气烧结炉中进行烧结，烧结温度1050℃,烧结时间4h，制备得到纯Co的烧结棒材。沿烧结棒材横截面R/2处，切取Φ8mm×12mm的标准圆柱体作为热压缩标准试样，在GLEEBLE 3800高温压缩试验机上进行单道次热压缩实验。实验中试样的测试温度为600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃;应变速率选择为0.01S-1、0.1S-1和1S-1。
2试验结果及讨论
2.1不同压缩温度下纯Co的变形行为
图1为烧结态纯Co在应变速率为0.1S-1时、不同温度下（600~1000℃)得到的高温变形行为曲线。随着温度的不断提高，达到稳态流变所需的应变不断减小，材料的屈服强度也不断下降，在600℃时材料的峰值应力为371.21MPa，在1000℃时材料的峰值应力减小到130.92MPa。表明随温度的升高，纯Co逐渐发生软化，加工硬化能力不断减弱。随着温度的升高，材料内部滑移所需的临界剪切应力逐渐降低，位错的滑移更容易发生，材料高温变行过程是一种热激活过程，随着测试温度的提高，激活能也随之提高，使得位错的滑移更容易，同时在动态回复过程中，试样消耗位错的能力也不断提高，导致了纯Co随温度的升高，强度逐渐降低［5-6］。
2.2不同压缩速率下纯Co的变形行为
图2为烧结态纯Co在800℃时，不同应变速率下（0.01S-1~1S-1）得到的高温变形行为曲线。可以看出，在应变速率为0.01S-1时，材料的峰值应力为162.87MPa，当应变速率为1S-1时，材料的峰值应力为252.22MPa，表明随着压缩速率的提高，纯Co的强度逐渐增大。因为随着应变速率的增大，材料达到规定变形量所需的时间不断减少，材料来不及进行充分的动态恢复，导致位错大量塞积，内部组织的畸变程度增大，出现应力集中，表现为材料的强度上升［7］。这也能很好的解释了Co在固定温度下进行压缩测试过程中，压缩强度随着应变速率的增加而增加。
2.3不同压缩温度对纯Co微观形貌的影响
图3为在压缩速率0.1S-1时，不同温度（600~1000℃)压缩后放大500倍的微观形貌。可以看出，在600℃时，材料中没有大尺寸晶粒产生，未发生动态再结晶行为，随着压缩温度的提高，试样中大尺寸的晶粒数目逐渐增加，同时在大尺寸晶粒的附近聚集着小尺寸的晶粒，说明随着压缩的进行，材料内部发生了动态再结晶［8］。结合应力-应变曲线来看，材料在经过加工硬化阶段后，进入稳态流变阶段时硬化率较高，说明在较低的温度下不能有效的激活动态回复的发生；随着测试温度的不断升高，材料中动态再结晶行为逐渐加剧，表明在压缩过程中材料内部的变形更加均匀，因此材料强度随着测试温度的增加而逐渐降低。
2.4不同压缩速率对钴微观形貌的影响
图4为在固定压缩温度为800℃时，在不同压缩速率（0.01S-1~1S-1）下进行压缩后的微观形貌。可以看出，当压缩速率为0.01S-1~0.1S-1时，材料中晶粒的变形均匀，晶粒的尺寸较为均匀；当压缩速率为1S-1时，材料中晶粒尺寸存在明显差异。表明当压缩温度较低、在较高的压缩速率下，试样内部的晶粒来不及发生充分的动态再结晶，从而导致晶粒变形不均匀。
3结论
文章通过在不同的压缩温度和不同压缩速率下对纯Co进行压缩测试，对压缩后试样的力学性能和组织形貌进行测试和表征，得到以下结论：
（1）在压缩过程中，纯Co的热变形行为与压缩温度、压缩速率的变化有较大关系，表现为试样的压缩强度随着测试温度提高而降低，随着压缩速率的增加而增加。
（2）由应力-应变曲线可以看出，在压缩温度600—800℃、压缩速率0.1S-1~1S-1时，纯Co具有较高的加工硬化率和较高的强度。
（3）由压缩后试样的微观组织形貌可以看出，压缩温度高于800℃、压缩速率小于0.1S-1时，材料发生动态再结晶，组织变形均匀，强度降低。
参考文献
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