微纳结构CoCrFeNi基高熵合金粉末冶金制备及强韧化机理研究

针对CoCrFeNi基高熵合金强塑性失配问题,提出了基于高能球磨、放电等离子体烧结和热挤压相结合的粉末冶金制备方法,探究了制备工艺参数对晶粒尺寸、第二相颗粒和孪晶组织演变的影响规律,分别制备出由粗晶、细晶和纳米颗粒构成的多尺度异构CoCrFeNiMnTi_0.2高熵合金,以及包含超细晶、纳米颗粒和纳米孪晶的CoCrFeNiMnTi_0.2高熵合金。拉伸力学性能显示,两种高熵合金屈服强度和断后伸长率分别高达1298 MPa和13%,以及1507MPa和7%,均实现了较好的强塑性均衡。最后,基于对霍尔佩奇系数修订,建立了纳米颗粒增强超细晶CoCrFeNi基高熵合金强化模型,揭示了纳米颗粒与微纳异构组织耦合强韧化机制,以及超细晶、纳米颗粒与纳米孪晶协同强韧化机理,并进一步发现纳米孪晶能够增加高熵合金流变应力,使新的变形孪晶形核,从而诱发多级变形行为。     

等温锻造Ti—47Al—2Cr—1Nb合金显微组织细化机理

Ti 4 7Al 2Cr 1Nb(at % )合金经等温锻造形变热处理后 ,显微组织得到显著细化 ;TEM分析表明 ,TiAl合金在等温变形时 ,形变主要以γ相板条内产生变形孪晶的方式进行 ;大部分变形孪晶垂直于α2 /γ界面 ,热处理时易形成再结晶核心 ,形成等轴γ晶粒     

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。     

表面机械强化工业纯钛疲劳性能的研究

利用透射显微技术和 X射线衍射分析技术 ,对工业纯钛在喷丸、滚压两种强化方式下的组织和残余应力进行了对比研究。结果表明 :1 ) TEM组织中均可观察到位错和变形孪晶。滚压形成了单个分散的孪晶 ,喷丸表层中形成大量相互交叠的孪晶和变形带 ;疲劳后 ,喷丸组织中产生孪晶 -孪晶的交互作用 ,而滚压组织中是孪晶 -晶界的交互作用。2 )喷丸较滚压强化表层残余应力松弛显著 ,疲劳后两者的表层残余应力相当 ;3)喷丸较滚压粗糙度高一个数量级。并依上述分析对表面机械强化机理进行了解释。     

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。     

含磷IN718合金高应变速率下超塑性变形行为的试验研究

研究了含0.022％磷的IN718合金在高应变速率(5×102～4×10-1s-1)下的超塑性变形行为及机制.在试验条件下,合金的拉伸延伸率均超过100％,具有超塑性变形能力 随应变速率升高,延伸率降低至139％,试样颈缩严重,呈针尖状“点式”断口,断口附近晶粒组织明显细化,并存在与拉伸方向平行的纵向裂纹,碳化物对塑性变形的阻碍作用是裂纹形成的重要原因.当变形速率为5×10-2～10-1s-1时,IN718合金的超塑性变形机制为动态再结晶;当变形速率为2×10-1～4×10-1s-1时,动态再结晶仍为主要变形机制,但孪晶开始形成并起重要的协调变形作用.     

不同厚度航行器高速入水冲击载荷及壳体变形特性

航行器高速入水过程中,壳体受冲击载荷作用将产生大变形,而大变形又反过来影响航行体的受力状态。为了了解航行体结构受入水冲击的动态响应特性,基于结构化任意拉格朗日-欧拉（structured arbitrary Lagrange-Euler, S-ALE）算法研究了航行器撞水阶段壳体所受冲击载荷与变形的关联性,获取了壳体变形模式,并分析了壳体厚度对变形的影响规律。结果表明：壳体内凹大变形将增大航行器所受法向载荷,载荷峰值的脉宽虽为“毫秒级”,但对壳体变形具有较大影响。入水速度较低时,壳体变形模式以弹性变形为主,变形区域在上凹和下凸间不断转换,增大壳厚,结构主要通过减小脉宽来抑制变形;入水速度较高时,壳体变形模式以塑性变形为主,依次出现内凹区、拉伸区和卷曲压缩区,随形变量增大,拉伸区不断扩张,而卷曲压缩区不断后移,其中内凹变形受斜入水影响向y+方向偏斜,而卷曲压缩区在壳厚较小时出现S形卷曲对,增大壳厚,结构主要通过减小峰值来抑制变形。航行器斜入水内凹变形非对称性的内在机理为弹性应变与塑性应变的叠加效应,当冲击能量不变时,增大壳厚提升了内凹区壳体对冲击能量的吸收能力,减小了拉伸和卷曲压缩形变量...     

直接时效处理对热连轧GH4169合金蠕变行为的影响

通过对热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了直接时效对热连轧合金蠕变行为的影响。结果表明:直接时效可明显提高热连轧GH4169合金的蠕变抗力,在660℃/700MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60h提高到126h,在试验的温度和应力范围内,测定出该合金在蠕变期间的激活能和应力指数分别为Qa=559.2kJ/mol和n=17.6。合金在热连轧期间的变形特征是孪晶和位错在孪晶内的双取向滑移,且有较小的晶粒尺寸;经直接时效后,合金中弥散析出的细小γ″相是有效提高合金蠕变寿命的主要原因。在蠕变期间,合金的变形特征是孪晶及位错在基体中滑移;蠕变后期,在与应力轴垂直的晶界处首先出现微裂纹,随蠕变进行,微裂纹沿晶界扩展并发生沿晶断裂。     

稀土镁合金强韧性设计与开发

镁合金作为最轻质的结构材料,在电子产品及汽车工业领域具有广泛的应用前景。相比于非稀土镁合金,稀土镁合金具有强度高且高温性能好的优点,而成为研究热点之一。本文重点介绍了高稀土含量镁合金和低稀土含量镁合金的强韧化方法。高稀土含量的镁合金可以调控三角分布的棱柱面片状析出相β',阻碍位错滑移,提高合金强度。低稀土含量的镁合金可以采用表面机械研磨处理方法得到表面含有纳米晶中心含有孪晶的梯度组织,利用细晶强化和孪晶强化提高合金强度。     

一种热连轧GH4169合金的蠕变行为与断裂机制

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了热连轧直接时效处理的GH4169镍基合金的蠕变行为和断裂机制。结果表明:热连轧GH4169镍基合金的组织结构由γ′,γ″相和γ基体相组成,具有较小的晶粒尺寸,晶内存在高密度位错和孪晶。经直接时效后,合金中弥散分布的细小γ″相数量增加,及高密度位错引起的形变强化效果,是使合金在650℃/725MP条件下具有较长的蠕变寿命的主要原因;蠕变期间,合金的变形特征是孪晶变形和位错的双取向滑移;随着蠕变进行,位错的数量逐渐增加,并在晶界处引起应力集中,致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。     

近等温变形量对TC4-DT钛合金组织参数和拉伸性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、金相图像分析软件等研究近等温变形量对TC4-DT钛合金显微组织和拉伸性能的影响规律。研究发现:随热变形程度的增大,晶界α相逐渐被破碎,晶内粗大的片状α相宽度逐渐增大,但是细片状的α相宽度变化不大。粗片状α相是由元素扩散引起的成分偏析形成,60%的变形程度下元素扩散充分,不同形态α相之间合金元素成分差别降低,使得最终组织较为均匀。晶内粗片状α相含量和位向随变形程度升高而变化,低变形程度下(20%)α/β相界不会成为位错滑移的障碍,位错主要集聚于晶界导致沿晶断裂。高变形程度(60%)使原来的两相位向关系被打破,相界成为位错滑移的障碍,强度和塑性都得到提高,室温拉伸断口呈现穿晶断裂。实验结果表明在本实验条件下60%的变形量可以获得较好的强度和塑性匹配。     

FGH95粉末镍基合金热处理后的微观组织与蠕变性能

通过进行蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95粉末镍基合金的微观组织结构与蠕变行为。结果表明：合金经高温固溶、盐浴冷却处理后,组织结构是由细小的γ’相弥散分布在γ基体所组成,其细小（Nb,Ti）C碳化物在晶内及沿晶界不连续析出。在试验的温度和施加应力范围内,合金表现出明显的施加温度敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=542．07kJ／mol和n=14．8。合金在蠕变期间的变形特征是孪晶和位错在晶内发生双取向滑移,其切入γ’相内的〈110〉超位错可分解形成（1／3）〈112〉超肖克莱不全位错＋层错的位错组态,发生孪晶变形的孪晶面为（111）晶面。晶界及沿晶界不连续析出的细小（Nb,Ti）C型碳化物可有效阻碍位错运动,是使合金具有较高抗蠕变能力的主要原因。     

烧结压力对FGH4096粉末高温合金显微组织和拉伸性能的影响

采用振荡热压技术和热压技术制备了粉末高温合金FGH4096,研究了烧结压力对合金微观组织和拉伸性能的影响。结果表明，随着烧结压力的增加，样品致密度增加，原始颗粒边界(PPB)趋于严重，晶粒尺寸减小，大角度晶界和孪晶界出现的概率增大，室温拉伸性能提高。振荡烧结压力的引入有助于样品致密度的提高、PPBs缺陷的抑制、晶粒尺寸的减小、室温拉伸性能的显著提升，尤其是延伸率，可由26.1%增加至35.2%,增幅达35%,样品断裂模式由沿颗粒断裂为主变为沿颗粒与穿颗粒的混合断裂。     

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。     

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。     

块体纳米晶铝的力学性能及变形机理

采用雾化粉体+挤压(Ato+Ext)、雾化粉体+热等静压+挤压(Ato+HIP+Ext)、低温球磨+挤压(Cryo+Ext)、低温球磨+热等静压+挤压(Cryo+HIP+Ext)四组不同的工艺制备块体纳米晶/细晶铝,并测定了室温拉伸性能,分析了这些块体材料的拉伸应力-应变曲线,利用透射电镜和扫描电镜观察了试样断口附近的位错活动及试样的断口形貌,讨论了其变形机理和断裂机理。研究结果表明:球磨粉体制备的块体纳米晶铝的强度远高于雾化粉体制备的块体超细晶铝,四组块体材料在拉伸过程中均不存在加工硬化现象;块体超细晶铝在拉伸过程中发生了明显的位错运动,对于块体纳米晶铝,尺寸≤100nm的晶粒在拉伸过程中内部基本不发生位错运动;块体超细晶铝大部分区域发生穿晶断裂,而块体纳米晶铝基本发生沿晶断裂。     

孪生对热轧AZ31镁合金中低温变形行为的影响

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{10ī1}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。     

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.     

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。     

一种Al-Cu-Li合金的超塑性性能研究

采用金相(OM)及透射电子显微技术(TEM)对一种Al-Cu-Li合金的显微组织进行观察,对于该合金普通热轧板及超塑性预处理后的细晶板材进行高温拉伸试验.结果表明,该合金普通的热轧板经过快速再结晶退火延伸率可达94%～130%的高温塑性变形仍以晶内变形为主.经超塑性预处理的细晶板材当T=490℃,ε=10-3s-1时,延伸率为630%,其中时效24h的样品在较低温度下成形为晶内变形和晶界变形的混合模式,而时效48h的样品则在400～500℃都表现为晶界变形为主的超塑性变形模式.未经过再结晶退火比经过再结晶退火的样品具有更高的超塑性.