大变形异步叠轧技术制备高强高导超细晶铜材研究

采用大变形异步叠轧并结合退火处理制备出了超细晶铜材。讨论了大变形异步叠轧的搓轧区、界面以及变形量等技术特征,测试了超细晶铜材的组织及性能。结果表明,搓轧区的存在促进了界面的复合和晶粒的细化;纯铜经过室温六道次AARB变形(累积真应变4.01)后,包含有许多亚结构,之后再经过220℃/35min退火处理,亚结构消失,获得了平均晶粒大小为200nm、抗拉强度、屈服强度分别为424.5MPa,323.1MPa、电导率为76.3 MS.m-1的高强高导超细晶铜;晶界面积的增加提高了超细晶铜的显微硬度;超细晶粒的变形不均匀性小和应力集中小,使得超细晶铜的塑性好、强度高;超细晶铜材的塑性变形机制受晶界行为控制。     

异步累积叠轧制备超细晶纯铜微观组织演化规律及细化机制

对纯铜进行一至三道次大塑性异步累积叠轧变形,观察显微组织及晶界的演变过程,并探讨了纯铜异步累积叠轧的晶粒细化机制。结果表明:纯铜异步累积叠轧形成S带;S带中形成连续的纵横交割位错墙,将S带分割、细化,获得具有亚晶结构的超细晶纯铜,亚晶尺寸为0.5~1μm。异步累积叠轧晶粒细化过程中,形成断断续续的分散状态的小角度亚晶界,在剪切力作用下逐渐合并成为超细晶粒中连续的小角度亚晶界。     

冷轧ECAP温变形的组织分析

等径弯曲通道变形是制备块体超细晶材料最有效的方法之一,通过使材料经过剧烈塑性变形获得超细晶组织。采用两通道夹角Φ=90°,外圆角Ψ=20°的模具,成功实现工业纯钛BC方式ECAP温变形,制得ECAP温变形试样后,对各道次ECAP温变形后的工业纯钛进行下压量为55%的冷轧变形,观察分析变形试样的显微组织。     

等径角挤扭变形过程中纯铝粉末材料的显微组织与力学性能

采用EBSD和TEM研究了200℃下,纯铝粉末材料经不同道次ECAPT变形后的微观组织,并进行了显微硬度和相对密度测试。结果表明,1道次ECAPT变形后,材料显著细化但变形不均匀,晶粒基本沿剪切方向呈条带状分布,平均晶粒尺寸约为5.20μm,但多为小角度晶界结构。随着变形道次的增加,亚晶在不断被细化的同时晶粒间的取向差不断增大,形状更加趋于等轴,该过程可认为发生了连续动态再结晶。4道次变形后,材料内部形成了均匀、细小且呈大角度晶界分布的等轴再结晶组织,最小晶粒尺寸可达0.5μm。ECAPT变形过程中,晶粒细化机制为机械剪切、应变累积和动态再结晶三者的综合作用,粉末材料力学性能的提高与组织致密、细晶强化和位错强化等因素有关。     

ECAP变形2J4合金的显微组织演变

借助光学显微镜和透射电镜对2J4合金等径弯曲通道变形(ECAP)组织进行了研究.结果表明,常温下2J4合金ECAP变形的最大累积真应变达到3.0,相当于压下量达到90%.ECAP变形1道次后,晶粒由30μm转变为具有一定方向性、相互平行的宽约0.35μm、长约为2.5μm的马氏体板条组织.随着变形道次增加,马氏体进一步细化,且出现晶粒从大板条向小的板条及等轴晶转化的趋势.另外,α相转变量随着变形量的增大而增加.     

ECAP对纯铝拉伸性能和断裂行为影响的研究

利用等通道转角挤压(ECAP)对纯铝进行了连续的挤压,结合位错及断口形貌,分析了位错强化及断裂机制.结果表明, 剪切变形使位错滑移,晶粒细化,挤压4道次后材料屈服强度、抗拉强度分别较初始态提高了38.5%和24.0%,断裂机制呈现典型的沿晶断裂特征.     

纯钛搅拌摩擦焊晶粒细化机制

通过搅拌摩擦焊实现了5 mm纯钛的可靠连接,并对焊接接头组织进行了细致研究。通过光学、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对纯钛搅拌摩擦焊组织进行了精细表征,对焊接过程中的再结晶机制进行了研究。结果表明：采用搅拌摩擦焊可以得到成型良好,组织致密的焊缝;焊缝组织可以分为焊核区( NZ)、热机影响区( TMAZ)、热影响区( HAZ)和母材区( BM);根据各区组织形态和结构特点对纯钛搅拌摩擦焊动态再结晶过程进行了分析,揭示了纯钛搅拌摩擦焊焊缝细化机制;钛的层错能较大,搅拌摩擦产生的位错不能完全分解,遇到阻碍时,只能通过滑移和攀移继续运动,在多次搅拌摩擦作用下,位错缠结堆积,位错密度不断上升,产生新的晶界,从而形成细小晶粒,实现晶粒细化。     

Ti6Al4V合金冷拔过程变形机制研究

研究了钛合金经冷拉后的变形组织和性能,金相、透镜观察表明,位错滑移是钛合金室温下塑性变形的主导机制.钛合金经过冷拉拔后的组织性能变化可分为3个阶段:第一阶段为快速硬化阶段,以大晶粒的变形为主,位错缠结形成;第二阶段其抗拉强度值增加趋于平缓,近乎于一个平台,部分小晶粒也开始参与变形,位错带形成;第三阶段为应变量大于0.6...     

表面深滚处理对纯镍组织性能及残余应力分布的影响

通过一种新型表面自纳米化方法———表面深滚处理,在纯镍（N4）表面制备出晶粒尺寸小于500nm 的梯度超细晶结构,并对材料次表面微观组织结构、残余应力分布及力学性能进行了研究。结果表明：N4经过表面深滚处理,表面形成织构;由于剧烈塑性变形,位错大量产生,并出现胞状组织和高密度位错墙,这些组织经过演化形成超细晶,并在表面形成具有一定厚度的残余压应力场;与原始材料相比,经过表面深滚处理后表面组织硬度提高近一倍;通过合理选择滚压参数,其细化层厚度、硬度、表面粗糙度及残余应力分布均得到不同程度改善。     

Al-0.27Zr-0.064B实验合金的设计、熔炼及其变形特征

为研究等截面通道角形挤压过程中超细晶粒结构形成的机理及晶界变化过程 ,专门设计并熔铸了含微量Zr和B元素的Al 0 .2 7wt %Zr 0 .0 6 4wt%B合金 ,合金晶界上分布有大量的B2 Zr细小化合物颗粒 ,晶内几乎没有B2 Zr粒子。通过室温轧制、热锻以及随后的退火实验表明 ,B2 Zr具有很高稳定性 ,且再结晶后B2 Zr仍位于原变形后的位置 ,不随退火再结晶时新形成晶界的迁移而迁移 ,证明该合金可用于塑性变形时晶粒变形细化及晶界变化过程的研究     

Al-Zn-Mg-Cu合金铣削表面变形层的微观组织和织构

利用透射电镜(TEM)技术以及配套的旋进电子衍射(PED)技术对铣削Al-Zn-Mg-Cu合金表面变形层的微观组织和织构进行研究。结果表明:表面变形层是由最表层的等轴纳米晶/超细晶层和亚表层的层状纳米晶/超细晶层组成,晶粒周围分布大量的粗大晶界析出相(GBPs);最表层再结晶的纳米晶/超细晶的存在说明除了位错运动,动态再结晶也在晶粒细化过程中发挥作用;与原始粗晶相比,加工表面变形层内GBPs和晶内析出相(GIPs)尺寸和密度明显的不同是由于热机械作用诱发析出相重新分布;表面变形层的织构类型为由近铜型织构{112}111、旋转立方织构{001}110和F型织构{111}112组成的混合型织构,铣削加工过程引入的表面剧烈剪切变形是上述织构形成的主要原因。     

强化层亚结构对TA2疲劳强度的影响

研究了滚压强化多晶纯钛在疲劳前后的显微组织特征和残余应力的变化。结果发现：疲劳强度的提高主要归于形变组织，同时表面粗糙度的降低也起了良好的作用。滚压试样表层TEM组织中形成高密度位错和单个、分散的变形孪晶，历经10^6以上循环周次后，孪晶－晶界的交互作用是其主要特征。滚压引入的残余压应力和层深均较小，有益贡献也相应降低。     

温轧态2214铝合金的超塑性

温轧态２２１４铝合金在超塑性变形过程中，由于发生动态回复和再结晶，晶粒尺寸产生细化，对应于应力－应变曲线在峰值后发生软化。随应变量的增加平均晶粒尺寸增大，材料的不均匀性也逐渐增加，该合金超塑性变形的主要机制为晶界滑动，晶内位错滑移和扩散蠕变作为重要的协调机制，促进晶界滑动的顺利进行。     

TC11钛合金高温流变行为及组织演变

通过热压缩试验研究了具有β转变组织的TC11钛合金在温度1030～1090℃和应变速率0.001～10s-1范围内的流变行为和组织演变.分析了该合金在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征.动力学分析获得β区变形的应力指数和变形激活能分别为3.32和135.5kJ×mol-1,表明β区的热变形主要受扩散所控制.组织观察发现,试验条件下原始β晶粒有两种细化方式,一种是以变形拉长的原始β晶粒晶界布满项链状的细小均匀的新晶粒为特征的晶粒细化方式;另一种是以变形拉长的具有锯齿形晶界的原始β晶粒内部布满细小均匀的新晶粒为特征的晶粒细化方式.高温变形后保温期间的软化行为表明,原始β晶粒的细化方式取决于变形过程中位错的产生和消失之间的竞争机制.     

SiC/Ni复合材料的超塑性

对电沉积SiC/Ni复合材料进行了低温超塑性拉伸实验,结果发现:平均晶粒尺寸为200nm的SiC/Ni复合材料在温度430℃初始应变速率为8.33 ×10-4s-1的变形条件下,获得最大延伸率571.2%,应变速率敏感指数为0.32.利用扫描电镜对断口形貌及变形后试样的组织进行的观察表明:断裂模式主要是沿晶断裂;晶粒有不同程度的长大,晶粒的长大速率的不同形成了变形后大小晶粒的混合组织,且沿拉伸方向拉长.应力-应变关系曲线表明:应力随着应变的增大而增大,增加到峰值后开始减小,材料进入准稳定变形阶段,实现大变形.SiC的加入增加了基体组织的稳定性,有利于材料超塑性的实现.超塑变形机理为晶界滑移和位错滑移塑性.     

TB-13钛合金动态再结晶行为研究

研究TB-13钛合金在β单相区热轧变形过程中不同变形量对组织演变规律的影响.进行了32％,50％,59％和75％变形量的热轧后,利用光学显微镜和透射电子显微镜观察了该合金热轧变形后的组织变化.结果表 明,TB-13钛合金在热轧变形过程中的动态再结晶发生机制是连续动态再结晶.当变形量为32％时,沿着轧制方向存在拉长的扁平状原始β晶粒,晶界平直,晶粒内部存在大量无规则位错和胞状结构位错.随着变形量的增加,晶界处形成亚晶,大量位错在亚晶界处聚集,使亚晶界角度不断增大,最终由小角度晶界转为大角度晶界,从而形成细小的动态再结晶晶粒.     

B/Y复合微合金化高温钛合金显微组织及性能研究

研究了B/Y复合微量添加对高温钛合金凝固过程及显微组织的影响,分析了不同变形温度下高温钛合金的显微组织演变过程,测试了高温钛合金在室温和650℃下的拉伸性能。结果表明,B/Y微量复合添加使高温钛合金凝固过程中产生成分过冷,形成了包裹于β晶界的链状TiB增强相和晶界、晶内弥散分布的稀土氧化物颗粒,显著细化了原始β晶粒,抑制了β晶界的移动,使晶内析出的α片层长径比减小。不同温度轴向压缩变形后,高温钛合金饼坯不同位置处显微组织存在不均匀现象,TiB增强相促进了次生α相的球化。力学性能结果分析表明,两相区变形合金具有较好的强塑性匹配,B/Y复合添加后高温钛合金650℃拉伸强度得到明显提升。     

X2A66铝锂合金高温变形过程中的微观组织演变

研究了X2A66铝锂合金在高温变形过程中的微观组织及析出相的演变规律。结果表明,在变形温度为420℃,应变速率为0.01s~(–1)时,在变形初期,X2A66铝锂合金基体中亚晶组织不完整,同时出现少量动态再结晶晶粒;随着变形量增加,可以观察到平直且清晰的晶界,当变形量大于80%时,部分晶界内出现大量位错,在析出相周围产生位错缠结。X2A66在高温变形过程中T_1相出现破碎回溶的现象,同时在变形过程中动态析出δ'相。T_1相的破碎回溶使基体重新达到过饱和状态,尤其是Li元素的过饱和促进了δ'相的析出。处于晶界内部的析出相能阻碍位错运动,提升再结晶晶粒的形核率。钉扎在晶界上的析出相能有效阻碍晶界及亚晶界的运动从而降低动态再结晶速率。     

2024–T351铝合金激光冲击微观组织强化机制分析

激光冲击强化在航空制造业中具有广泛的应用前景,研究其强化机制对认识工艺过程材料响应行为,合理规划激光冲击强化工艺具有重要意义。采用电子背散射衍射与X射线衍射表征激光冲击强化材料微观组织演化状态,对微观组织强化机制进行分析。通过室温拉伸试验对激光冲击强化2024–T351铝合金试样进行测试,研究其对铝合金力学性能的影响。研究结果表明,激光冲击强化通过引入应变梯度在材料中引起轧制方向晶粒断裂并生成小角度晶界,同时引发统计存储位错大量增殖。激光冲击强化主要通过位错强化机制提升材料的屈服强度与抗拉强度,细晶强化与固溶强化机制贡献不显著。     

低温球磨制备纳米晶纯铝粉体

采用低温球磨的方法制备了纳米晶纯铝粉体。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对经低温球磨前后的纯铝粉体的化学成分、颗粒形貌及尺寸、微观组织进行研究。结果表明,随着球磨时间的增加,纯铝粉体的颗粒尺寸分布呈现出"宽-窄-宽"式演化规律,这与存在于整个球磨过程中的"破碎-焊合"综合作用密切相关。低温球磨早期,位错胞演化机理主导纯铝粉体的晶粒细化;低温球磨后期,断裂冷焊机理则为纯铝粉体晶粒细化的主要机制。