钴再结晶退火的研究

　　随着科学技术的飞速发展，钴作为一种重要的战略金属的地位更加突出。钴及其合金在生产高温合金、耐热耐腐合金、硬质合金以及磁性材料中发挥了重要作用，特别是在军事工业(制造穿甲弹与防护装甲)、航空工业(发动机)中有不可替代的重要地位^[1]。同时在半导体工业中，纯钴作为一种良好的接触材料，在钴硅化物中得到了大规模的应用。关于钴合金的工艺技术文献涉及很多，但有关纯钴的工艺技术文献几乎很少出现， 本文通过退火研究了纯钴的再结晶温度、显微硬度和其中的相变。

　　1 实验材料及方法

　　实验原材料采用纯度为99.95%的电解钴，用真空感应熔炼的方法熔炼出纯钴铸锭。熔炼时采用ZrO坩埚，模具材质为铸铁。熔铸以后将钴锭在900℃进行锻造，三镦三拔，镦拔变形率均大于65%，空冷。锻后钴锭在900℃下保温1h后进行热轧，道次变形率25%～30%，总变形量>80%，终轧温度约600℃。随后取样进行退火实验，设定退火时间为1h，退火温度设定为430、450、470、500和530℃。每一个退火温度下均放置2个样品，设置2种冷却方式：一种为到时间取出空冷，另一种为随炉冷却至室温，共10个样品，随后观察10个样品的金相，测试它们的硬度，同时用日本理学的X射线衍射机分析其XRD。

　　2 结果与分析

　　2.1 显微组织及显微硬度分析

　　图1为两种冷却方式下，Co的显微硬度随退火温度的变化。可以看出，在空冷退火1h的情况下，随退火温度的升高，合金的硬度显著降低，到480℃时，硬度达到最低值，退火温度再进一步升高，显微硬度反而又出现了大幅度的升高，到530℃时，硬度反而上升到几乎和未退火样品一样。而从炉冷情况下退火的硬度变化可以看出，在退火1h的情况下， 随退火温度的升高，Co的硬度显著降低，在430～480℃变化趋于平坦化，到530℃时，硬度降到最低。退火温度达到430℃以后，Co的硬度降低较为缓慢，为Co的回复阶段;在430～480℃时，为合金的再结晶阶段，当温度高于480℃以后，Co的再结晶已经基本完成。温度进一步升高，Co则进入晶粒长大的阶段。比较可以发现，冷却方式的不同会导致Co的显微硬度出现不同的变化趋势，尤其是空冷，

　　从图中基本上不能判断出Co的再结晶温度，也与一般的再结晶时金属硬度的变化不同^[2-3]。出现这种现象的原因还需要进一步的分析。

　　2.2 显微组织分析

　　图2为炉冷条件下，不同退火温度下的金相组织。可以看出，Co在430℃时已发生了部分的再结晶，到480℃时基本上完成了再结晶，温度上升到500℃，则晶粒开始长大，到530℃时，晶粒已经明显长大了。因此纯Co的再结晶温度应该在480℃左右，平均晶粒尺寸约为40um，这与炉冷时显微硬度的变化可以相互印证。在形态上，晶粒出现了较多的长条形组织。钴为密排六方金属，在变形时，滑移系较少，晶面族{0001}是其重要的滑移面，同时其层错能较低，退火孪晶在再结晶过程中因晶界迁移出现层错而形成，而{1012}是其常见的孪生面^[4]，细长条的组织则是较为明显的孪晶组织。