Effect of twinning on Moderate-Temperature Deformation Behavior of hot-roiled Mg Alloy

研究了热轧AZ31镁合金板材中低温变形(室温～573K)时孪生所导致的硬化和软化效果,并结合金相显微技术(OM)和透射电子显微技术(TEM)对相关变形机理及孪生类型进行判断.结果发现,有较强基面织构特征的AZ31镁合金板材在室温～573K变形过程中{10(1)1}压缩孪晶起主要作用,同时也存在少量的基面滑移.变形温度越高,变形速率越小,孪晶数量也逐渐减少.中低温变形时AZ31镁合金轧制板材中的压缩孪晶和二次孪晶同时起软化作用与硬化作用,但硬化作用大于软化作用.     

连铸连轧镁合金AZ41微观结构与摩擦磨损性能

为研究铸轧镁合金AZ41板材的摩擦磨损性能,通过连铸连轧制备出镁合金AZ41板材,并观察其铸轧态和热处理态的微观组织结构特点。研究了滑动干摩擦条件下滑动速度和载荷对AZ41镁合金板材摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制,并利用有限元方法模拟了其磨损时的应力分布。结果表明：制备的镁合金AZ41在（1012）上出现了大量压缩孪晶,经热处理后晶粒变为等轴晶;摩擦系数随着转速的增加而升高,在一定范围内随载荷的增加而降低;磨损量随着载荷和转速的增加而增加,低载时磨损机制为磨粒磨损,伴有氧化磨损的发生,高载时其磨损以粘着磨损为主。     

热轧AZ31镁合金温变形中的微观组织演变

在50~250℃的温度范围和1.4×10^-3~1.4×10^-1s^-1的应变速率范围内通过单向拉伸试验检验了热轧AZ31镁合金的温变形性能。通过光学显微镜和透射电镜观察了温变形中的微观组织演变。结果表明:在温变形的初始阶段,孪生为主要的变形机理和硬化机制。由孪生变形积聚的畸变能和非基滑移的启动导致了动态再结晶的形核与长大。应变速率的提高对动态再结晶的抑制是造成AZ31镁合金温变形中应变速率敏感性的原因。     

热轧AZ31镁合金超塑变形中的微观组织演变及断裂行为

通过热轧工艺制备了具有细晶微观组织的AZ31镁合金薄板。在250-450℃的温度范围和0.7×10-3-1.4×10-1s-1的初始应变速率范围内研究了热轧AZ31镁合金板的超塑性流变行为。分别通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了AZ31镁合金超塑性变形中的微观组织演变和断裂行为,并计算了不同温度下的变形激活能。结果表明,从300℃开始,热轧AZ31镁合金开始表现出超塑性的流变特征。在400℃,0.7×10-3s-1的变形条件下,最大延伸率可达362.5％,显示了良好的超塑性能。在300-400℃的超塑变形温度范围内,AZ31镁合金超塑变形的主要机制是由晶界扩散控制的晶界滑移,而变形温度和应变速率对AZ31镁合金断裂行为的影响主要体现在变形机制从晶内滑移到晶界滑移的转变。     

TiAl＋Sb合金室温变形亚结构的研究

使用透射电子显微镜，较详细地研究了Ｔｉ－３４Ａｌ－０．５Ｓｂ（ｗｔ％）合金经过２～３％室温压缩塑性变形以后的变形亚结构。试验结果表明，ＴｉＡｌ＋Ｓｂ合金室温变形时，在ｒ相板条内形成大量变形孪晶。相邻板条呈某种位向关系下，可以以相界面作镜面，在其两侧的两片ｒ相板条内形成呈一一对应关系的变形孪晶。而在一些取向的ｒ相板条内只产生位错。     

细晶AZ31镁合金高温压缩变形行为研究

通过Gleeble-1500试验机对坯料预先经过晶粒细化处理的AZ31镁合金圆柱体试样进行单向热压缩试验,压缩温度为300～450℃,应变速率.ε为0.01s-1,0.1s-1,1.0s-1,根据试样结果分析计算了本构方程中的各参数,获得了完整的镁合金高温本构方程,进一步分析了压缩试样的显微组织。结果表明:在本试验条件下,AZ31镁合金的热变形应力指数n为6.24,热变形激活能为177.2kJ/mol。压缩试样心部组织变形程度明显高于边缘;随着温度的升高,心部压缩组织发生明显的再结晶,新晶粒在晶界处形核并长大。     

激光冲击TC17钛合金诱生的微结构的特征及热稳定性

研究激光冲击(Laser shock peening,LSP)诱生TC17钛合金的表层梯度微结构特征及其热稳定性具有重要的理论与应用价值。TEM的研究结果表明:LSP处理后,靠近基体处以较高密度形变孪晶和位错为主;越接近冲击表面应变速率越高,发生孪生的原子来不及进行位置重排、孪晶数量较少,因而以高密度位错缠结、位错胞以及位错胞转变成的亚微米级亚晶为主;最表面晶粒平均尺寸由原始～43μm瞬间细化至～396nm,表面晶粒瞬间显著细化是旋转动态再结晶的结果。LSPed试样经573K/1h退火后各深度处的位错密度降低,孪晶密度/位错胞以及最表面晶粒尺寸变化不大;而LSPed试样经673K/1h退火后其各深度处的位错密度下降更明显,孪晶数量也有所下降,而位错胞和最表面晶粒平均尺寸长大明显;673K是激光冲击TC17钛合金诱生的微结构的热稳定临界温度,维氏硬度试验结果也表明当退火温度达673K后硬度值下降明显。     

AZ31B镁合金大应变循环变形行为研究

为了研究AZ31B镁合金在大应变幅条件下的变形机制,开展了该合金在7.嬲应变幅条件下的循环行为研究.结果表明:在拉伸阶段的最大应力值随着循环周次的增加而减小,而在压缩过程中的最大应力值随着循环周次的增加而增大,在整个循环过程中材料呈现循环应变硬化特性,拉应力是导致循环应变硬化的主要原因;随着循环周次增加,滞回曲线的不对称性基本不变.真应力-真应变滞回曲线在卸载和反向拉伸阶段出现3个拐点.在压缩过程中发生{10-12}孪生,反向拉伸过程发生去孪生行为,包申格效应对去孪生行为具有较大影响.研究表明:孪生-去孪生是大应变幅循环变形的主要变形机制;对拉伸、反向压缩过程的变形特征及机制的分析,可为低周疲劳行为的研究提供参考.     

120°模具室温8道次ECAP变形纯钛的组织演化

在室温下以等径弯曲通道变形(ECAP)技术制备超细晶工业纯钛,利用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)研究室温ECAP变形纯钛微观组织演变过程,并讨论纯钛室温ECAP变形的显微组织演化机制。结果表明:显微组织演化分为3个不同阶段,分别对应3种不同机制:第一阶段在真应变ε≤1.27时,为位错滑移和孪生交互作用细化机制,形成含有高密度位错和孪晶的板条状组织;第二阶段在真应变量1.27<ε<2.54时,为动态回复细化机制,晶粒进一步细化至~0.25μm,形成典型的变形亚晶组织;第三阶段在真应变量ε≥2.54时,为不平衡晶界的转动细化机制,形成平均晶粒尺寸约为0.2μm的等轴状大角度晶界超细晶组织。     

具有初始织构的AZ31镁合金等通道挤压的显微组织和织构研究

利用X射线衍射技术,分析了具有初始{0002}织构的AZ31镁合金在等通道挤压（ECAP）过程中显微组织和织构的变化。结果表明：在等通道挤压过程中晶粒发生了动态再结晶,使晶粒细化,显微组织观察表明,等通道挤压能有效细化晶粒。随挤压道次增加,晶粒尺寸变小,同时晶粒均匀性得到改善。当挤压达到12道次时,平均晶粒尺寸由初始状态的30μm降低到8μm左右,晶粒尺寸降低。由于镁合金的基面滑移很容易发生,同时镁合金在初始状态有很强的{0002}基面织构,所以试样的在变形中的滑移倾向于基面滑移。材料在挤压过程中晶粒向平行于基面的方向转动,以利于晶粒的基面滑移。因此,随挤压次数的增加,基面织构强度增加,当挤压道次为12时,材料形成很强的{0002}〈1120〉织构。     

置氢处理对TC4钛合金流变行为的影响

应用材料试验机及霍普金森压杆装置(SHPB)对切削用置氢TC4钛合金进行了静态和动态压缩实验,获得了不同温度和应变率下的应力-应变曲线。实验中应变率范围为0.001～15000s-1,温度范围为293～973K。分析比较了合金流变应力对温度及应变率的敏感性。结果表明,置氢TC4钛合金具有较强的热软化效应,而应变率强化效应则相对较弱。随氢含量的增加,流变应力呈现先减小后增大的规律,氢含量0.3%时,最大降幅达25%。根据流变应力的变化规律及相关切削理论,对实验中切削力及切削温度的变化情况进行了分析。最后基于Johnson-Cook本构模型,拟合了模型中的参数,其预测值与实验结果吻合较好。     

基于单向拉伸的防锈铝合金温热力学性能研究

通过不同温度及应变速率下的单向拉伸试验,获得了5A06-O防锈铝合金板材关键力学性能参数的变化规律。结果表明,在一定的应变速率下,5A06铝合金的流动应力及抗拉强度随着温度的升高而降低,断后延伸率随着温度的升高而显著的提高。当温度处在20～150℃范围内,均匀延伸率随着温度的升高而升高,而在150℃～300℃范围内,随着温度的升高而降低。另外,基于Fields&Backofen本构方程,对5A06铝合金在不同温度状态下的强化规律进行了分析和探讨,结果表明,随着温度的逐渐升高,应变强化指数不断减小,应变速率敏感系数则显著增大,应变速率强化作用明显增强。     

GH39合金拉伸应变硬化行为与断口形貌

采用不同应变速率(0.0001~0.1s-1)下单轴拉伸实验对 GH39合金应变硬化行为与断口特征进行了研究。结果表明：应变硬化指数在不同应变量下表现出多重性,真应力应变不完全遵循 Hollomon 对数线性关系。塑性变形开始阶段,应变硬化指数n为恒定;真应变ε在0.014~0.13,n随着应变的增加而增加,在此过程由于形成大量形变孪晶,孪晶与位错相互作用,硬化能力增强;随着应变速率的提高,材料的应变硬化指数略下降;在低应变速率时段合金的拉伸断口为延性断裂,随着应变速率的增加从韧窝状延性断裂向半解理断裂过渡。     

SiC_P/Al-Cu复合材料动态再结晶行为及临界条件

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对40%SiC_P/Al-Cu复合材料进行压缩实验,研究其在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的高温塑性变形行为。由实验得出变形过程中的应力-应变曲线,采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ-ε曲线的拐点和(-α(lnθ)/αε)-ε曲线最小值的判据,研究该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明:40%SiC_P/Al-Cu复合材料的应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力(σ_p)随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;该材料的lnθ-ε曲线出现拐点,(-α(lnθ)/αε)-ε曲线出现最小值;临界应变(ε_c)随变形温度的升高与应变速率的降低而减小,且临界应变与峰值应变(εp)之间具有相关性,即ε_c=0.528εp;临界应变与Zener-Hollomon参数(Z)之间的函数关系为ε_c=4.58×10~(-3)Z~(0.09)。透射电镜观察显示应变为0.06时(变形温度为400℃,应变速率为10 s~(-1))已经发生动态再结晶,应变为0.2时,动态再结晶晶粒充分长大。     

温度对Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金静态回复力学行为的影响

采用双道次热压缩实验,研究了新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金铸态试样在温度300~400℃,应变速率0.01~0.1 s~(-1),变形程度33%+20%,保温0~900 s静态回复过程中的流变应力行为。结果表明:温度对该合金静态回复力学行为影响显著;(1)300℃和330℃温度较低时,变形过程中回复较慢,存储的变形能较高,保温期间的回复和再结晶使第二道次流变应力降低,表现为流变应力软化现象,且随着道次间保温时间的延长应力的软化程度增大;保温过程中析出相的出现减缓了应力软化速率;(2)温度升高到360℃和400℃时,变形过程中回复充分,存储的变形能低;变形保温后基体的固溶度高,第二道次流变应力升高,表现为流变应力硬化现象;360℃变形保温期间的回复/再结晶使得随着道次间保温时间的延长应力又逐渐降低软化,析出相减缓了应力的软化速率;而400℃变形保温期间没有回复/再结晶和析出相,所以硬化后的应力并不随着道次间保温时间的延长而发生变化。     

TC1钛合金透射电镜组织研究

 用透射电镜研究TC 1 合金冷轧薄板在退火过程中精细组织的变化,揭示了位错组态与机械性能的关系。 试验用料为厚0.8mm的TC 1 钛合金冷轧板村,变形程度为33％,化学成分见表1。试验用退火温度见表2,退火保温时间为45min,采用普通电炉加热。退火后测定室温抗拉性能。     

喷射成形7055铝合金热变形行为模拟

为研究喷射成形7055铝合金的热变形行为,在应变速率为0．001～5 s －1、变形温度为300～450℃、工程应变量为50％条件下,在 Gleeble-3500热-力模拟试验机上进行热压缩实验。结果表明：喷射成形7055铝合金的流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度升高而减小。在应变速率为5s －1时由变形热引起的温升达25℃,经修正流变应力比实测值增高20 MPa。采用包含 Z 参数的 Arrhenius 双曲线正弦本构方程可准确描述喷射成形7055铝合金的热变形流变应力行为,变形激活能为146．91 kJ·mol －1。所建本构方程的平均相对误差（Er ）为2．89％,说明可准确预测喷射成形7055铝合金的热变形流变应力。     

Constitutive behavior and microstructural evolution in hot deformed 2297 Al-Li alloy

The microstructural evolution mechanism and constitutive behavior of 2297 Al-Li alloy were studied via thermal compression test with the constant strain rates of 0.001–1 s⁻¹ and the deformation temperatures ranging from 623 to 773 K. To verify the predictable ability of diverse constitutive models under different stress states, the hot compression experiments with stress triaxiality varying from −0.33 to 0.46 were conducted. The microstructures of the deformed specimens under diverse deformation conditions are probed to reveal the mechanism of hot deformation behavior. The experimental results indicate that the work-hardening and dynamic softening are competitive during the hot compression process, and the dynamic softening is more obvious under low deformation temperature and high strain rate. The microstructural analysis manifests that the dynamic recovery gets predominant at high deformation temperature to produce fine grains. Meanwhile, the dynamic recrystallization becomes more dominant as the strain rate decreases, which is sensitive to the stress triaxiality. In addition, both the modified Johnson-Cook model and strain-compensated Arrhenius-type function are suitable for describing the flow behavior of 2297 alloy, while the latter reveals a more accurate prediction. However, the predictability of the two kinds of models is worsened with the transformation of stress triaxiality, and the validity of the Arrhenius-type model is restricted by high stress triaxiality.     

A visco-elastoplastic constitutive model of aircraft polymethylmethacrylate related to strain rate and temperature

The visco-elastoplastic mechanical behavior related to the applied strain rate and temperature around the glass transition temperature of Polymethylmethacrylate (PMMA) has been systematically investigated. The uniaxial tensile test was performed at strain rate and temperature rangs 1.0 × 10⁻⁴–1.0 × 10⁻² s⁻¹ and 363–393 K, respectively, and the Dynamic Mechanical Analysis (DMA) test was carried out between 363 K and 413 K at various frequencies. Moreover, the robust complex constitutive model considering the temperature and strain rate effect is proposed. A nonlinear viscoelastic model is established to describe the viscoelastic response on the basis of the Zhu-Wang-Tang (ZWT) model and the time temperature equivalence principle, including the dependence of strain rate and temperature. Considering the yield stress, the cooperative model is adopted. The viscoplastic mechanical response is manifested as the competition performance of the softening deformation and hardening behavior. The predicted mechanical responses maintain good consistency with the experimental results, indicating that the visco-elastoplastic constitutive model proposed can accurately predict the mechanical behavior of PMMA materials within the imposed strain rate and near the glass transition temperature range.