轧制单层晶铜箔滑移启动和应变局部化的晶体塑性模拟

在晶粒尺度采用晶体塑性有限元模拟极薄带材轧制成形过程,对优化和改进材料模型以及探究极薄带材塑性变形机制具有重要作用.箔材轧制成形性能主要依赖材料的微观结构(晶界、滑移系、取向).采用退火态的单层晶铜箔为原料,进行箔轧实验和晶体塑性有限元模拟.建立反映晶粒形貌、晶界和取向各向异性的单层晶铜箔晶体塑性有限元模型,分析极薄带轧制成形中单/多滑移系启动状态和应变局部化现象.为准确构建晶体塑性有限元模拟的初始晶粒结构,消除微观组织亚表面的影响,采用垂直晶界即在厚度方向上建立只有一层晶粒的铜箔晶粒模型.结果表明:晶粒各向异性影响单层晶铜箔的轧制变形机制;晶界处的变形和滑移系运动状态完全不同于晶粒其他位置;单层晶轧制变形的滑移状态表现出明显的各向异性,出现局部滑移带和应变局部化,随轧制变形量的增大,滑移差异显著增大;晶界两侧局部区域存在滑移和变形的显著差异,这为亚晶和微观裂纹源的形核提供了有利的位置.     

强剪切对单层晶极薄带轧制变形行为的影响

为确定最优的极薄带轧制工艺,本研究深入分析了强剪切对轧制单层晶极薄带微观变形行为和晶体转动演化的影响。采用基于位错滑移机制的晶体塑性有限元模型进行模拟,最大异速比达到1.5。建立了晶粒取向随机分布的单层晶极薄带轧制模型,以探究少晶组织的晶界作用特性。结果表明：强剪切导致单层晶极薄带轧制微观变形和晶体转动表现出显著的局部化。强剪切促进了晶粒的剪切变形,使得晶界的协调变形能力增强。在轧制区施加强剪切变形,可使已启动滑移得到扩展,主滑移带缩窄分散形成新的次滑移带,滑移更加集中和各向异性。变形后晶粒取向主要绕箔材宽度方向发生转动和分散,强剪切使转动角度增大和分散点更加集中稳定。模拟表明强剪切严重影响单层晶极薄带轧制变形的各向异性,进而导致择优取向、滑移局部化以及非均匀应力-应变分布。     

压下率对轧制单层晶极薄带晶界滑移特性的影响

采用退火态单层晶轧制铜箔为原料,进行不同压下率的箔轧.以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,建立了考虑潜在硬化和晶格转动效应的率相关晶体滑移本构模型,分析了压下率对轧制单层晶极薄带晶界附近区域变形分布特性、取向演化和滑移系激活规律的影响,并探讨其机理.确定了合理的材料本构参数,铜箔拉伸实验与晶体塑性有限元模拟得到的应力-应变曲线一致.所建立的晶体塑性有限元模型,可很好的模拟最大压下率达到80%时轧制单层晶铜箔的变形过程.结果表明:1)由于晶粒形状、晶界及晶粒取向的作用导致晶内-晶间变形分布非均匀性;2)由于晶粒间复杂的相互作用导致晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,且旋转角度和取向分散度随压下率的增加而增大;3)在晶内-晶间不同区域的滑移系启动存在显著差异,启动滑移系随压下率的增加而增多,当压下率小于等于60%时,在晶粒表层和晶界处,滑移系成对发生启动,当压下率达到80%时,表层和晶界处为多滑移系启动情形;4)滑移最先从晶粒表层和晶界处开始,然后向晶粒内部延伸.     

退火温度对GH3600合金箔材组织与性能的影响

目的 探究退火温度对GH3600镍基高温合金箔材微观组织及力学性能的影响。为制备综合性能良好的GH3600箔材提供参考。方法 将厚度为2 mm的铸态板材反复轧制退火得到组织均匀的0.3 mm厚度带材,再利用四辊冷轧机将带材轧制成厚度为0.1 mm和0.05 mm的箔材,然后将2种厚度箔材在950、1 000、1 050 ℃下保温1 h后空冷。通过金相观察、电子探针、EBSD检测及XRD分析来研究箔材的微观组织演变。通过拉伸实验检测箔材的室温拉伸性能。结果 随着变形程度的增大,轧制态箔材晶粒沿轧制方向被拉长得更加明显。在相同热处理参数下,0.05 mm退火态箔材晶粒尺寸更小。退火后,箔材晶粒发生了回复再结晶并析出了细小的碳化物。随着退火温度的升高,晶内碳化物逐渐减少,孪晶界比例增大,再结晶程度及晶粒尺寸增大。0.05 mm箔材在1 050 ℃退火时,其晶粒迅速粗化,在厚度方向上出现单层晶,导致箔材的抗拉强度及延伸率出现异常降低的现象,即“越小越弱”的尺寸效应。结论 适宜的热处理工艺有助于改善箔材的微观组织,进而提高其力学性能。0.05 mm箔材在950 ℃下退火1 h时,其延伸率为19.1%,屈服强度以及抗拉强度分别达到293 MPa和560 MPa,综合力学性能良好。     

基于分子动力学模拟的铜锆晶体/非晶双相纳米复合材料力学行为

金属玻璃因其较差的室温塑性限制了其广泛应用,因此提升金属玻璃的力学性能、探明金属玻璃的变形机制已经成为当前材料领域的研究热点。采用分子动力学方法研究了晶粒尺寸和分布对晶体/非晶B2-CuZr/CuZr双相复合材料力学行为的影响。研究结果表明,随着纳米晶粒的尺寸增大,复合材料变形模式发生了从相对均匀变形到单一剪切带的局部变形的转变。研究指出,增大纳米晶粒尺寸/体积分数能有效提高复合材料的峰值应力,但除了较小尺寸纳米晶粒模型外,双相复合材料的塑性没有明显增强。此外,相对于交叉排列,纳米晶粒的对齐排列导致了更严重的塑性应变局部化。本文的研究结果对于设计和制备高性能的金属玻璃材料具有重要的参考价值和指导意义。      

铜包铝复合材料轧制变形过程模拟及轧制力计算公式

基于对铜包铝双金属复合材料轧制变形过程进行的有限元模拟,建立了双金属复合材料轧制变形分区模型,可分为弹性区、单材料塑性区、后滑区、揉轧区和前滑区.以铜的体积分数为变量,对不同铜含量的铜包铝复合材料的轧制过程进行模拟,在单一材料轧制力理论计算公式的基础上,提出了双金属复合材料轧制力的理论计算公式,通过对铜包铝复合材料轧制的试验和不同压下率下的铜包铝双金属复合材料轧制成形的有限元模拟,对所推导出的轧制力公式进行了验证.     

变形量对铜包铝复合扁线轧制变形的数值模拟与实验研究

采用刚塑性有限元法,研究了变形量对铜包铝复合棒材由圆断面到扁平断面的轧制变形行为的影响,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:铜包铝棒材平辊轧制的宽展率和延伸率与压下率之间存在较为明显的线性关系;随压下率的增加,宽展指数先增大后减小,在压下率为40%时达到最大,为1.9;在后续轧制道次中,扁形断面铜包铝复合材料的压下率对轧制延伸变形的影响比宽展变形更显著;有限元计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

加工工艺对钎焊箔材抗下垂性能的影响

研究了4004/3003/4004钎焊用铝合金箔材的成品轧制率、软化退火温度以及晶粒尺寸对其抗下垂性能的影响.结果表明:铝复合钎焊箔材的抗下垂性能与成品轧制前的软化退火温度以及成品轧制率有关;随着轧制率的升高,钎焊箔材的抗下垂性能的下垂值呈增加的趋势;冷加工率在10%～20%之间的钎焊箔材的抗下垂性能表现最好;进一步分析可知,箔材的晶粒度与其抗下垂性能有很直接的关系.     

金属复合极薄带制备工艺研究进展

随着电子工业、微型机器人等相关产业向智能化、微型化发展，工业产品对金属复合材料厚度提出了更高要求，研发性能优良的金属复合极薄带具有重要意义。金属极薄带轧制过程受到最小可轧厚度的限制，这增加了异种金属复合极薄带的制备难度。目前，制备金属复合极薄带的主要方法有喷射沉积法、磁控溅射法、扩散焊接法和轧制复合法。喷射沉积法和磁控溅射法工艺复杂，成本较高，通过扩散焊接法得到的金属复合极薄带结合强度较低，难以大规模生产。轧制复合法可分为“先复合后减薄”和“先减薄后复合”组合工艺。“先复合后减薄”组合工艺在较为成熟的异种金属中厚板轧制复合技术基础上进行后续减薄过程，但此工艺复杂，成本较高;“先减薄后复合”组合工艺直接采用极薄带材作为原料，复合工艺较简单，但对设备要求较高。本文归纳了金属复合极薄带的制备方法，重点评析了轧制复合组合工艺在金属复合极薄带材制备的应用，综述了金属复合极薄带材制备过程方面的研究新进展，并预测了金属复合极薄带材制备工艺研究的发展方向。     

微米级稀有金属箔材研究现状

随着航空航天、电子通讯、军事化工、核工业及海底电缆铺设等领域的快速发展,对高质量稀有金属箔材的需求日益增多。在稀有金属箔材定义中,主要是针对厚度小于0. 02 mm的产品,其中将厚度小于0. 01 mm的产品称为微米级产品。与此同时,对微米级稀有金属箔材的制备技术和设备也提出了更高的要求,其研究与生产成为本行业的研究热点。箔材的制备技术主要有机械轧制、电解沉积法、磁控溅射法及真空热蒸镀法等,其中机械轧制法的应用最为广泛。在微米级箔材轧制过程中,目标尺寸厚度及精度的控制、板型的选择、提高表面光洁度、减少断带、实现长卷连续轧制是关键。通过对箔材轧制中出现的问题进行了探讨,分析总结了保证箔材顺利轧制的三个工艺关键技术:(1)箔材板型控制技术;(2)箔材轧制张力稳定性控制技术;(3)轧辊磨削工艺技术。当轧件厚度小于某一厚度值时,无论是加大设备轧制力,还是提高人员对设备的操作能力,都无法再继续减小轧件的厚度,则这个厚度称为最小可轧厚度。在微米级箔材轧制过程中,目前主要分为两种轧制方式,一种是同步轧制,另一种是异步轧制,并且得到了相关的轧制模型。在对微米级稀有金属箔材进行组织与力学性能表征过程中,也发现了许多与常规尺寸材料相悖的方面,对于这些现象产生的机理,还需要进一步研究。这也为后续对稀有金属箔材的研究提供了新的方向。本文介绍了国内外箔材制备技术与设备,并分析了制备微米级稀有金属过程中的关键技术研究现状。介绍了微米级箔材轧制中同步轧制与异步轧制两种轧制条件的最小轧制厚度理论。同时简单分析了微米级箔材在微观组织与力学性能方面的特有现象。     

压延铜箔轧制压下率与组织织构和耐弯折性能的关系

采用退火态轧制铜带为原料,进行不同压下率的箔轧,研究箔轧压下率与铜箔组织织构及耐弯折性能的关系,并探讨其机理。结果表明,铜箔微观组织由沿轧制方向被拉长的扁平状晶粒组成,相邻晶界间距平均值随着箔轧压下率增大而显著减小;当箔轧压下率为90.7%时,铜箔相邻晶界间距平均值仅为0.52μm。铜箔轧制织构以铜型、S型和黄铜型织构为主。随着压下率的增大,轧制织构整体强度增大,取向不断集中。当箔轧压下率为90.7%时,铜箔的耐弯折性能最好,疲劳寿命可超过300次。大的箔轧压下率使得铜箔的晶粒尺寸更薄及取向更集中是铜箔耐弯折性能提高的根本原因。     

镍基高温合金GH3536带箔材的再结晶与晶粒长大行为

用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射分析(XRD)等手段表征不同厚度的冷轧态GH3536微米尺度带箔材退火后的显微组织和结构特征，研究这种材料的再结晶和晶粒长大的规律。结果表明，冷轧变形后的GH3536带箔材的晶粒组织呈线条状，其主相为γ相；建立了厚度为200、100和50μm的GH3536带箔材在1050～1150℃退火10～60 min的晶粒长大方程，得到晶粒长大的激活能分别为Q_200μm=800.34 kJ/mol,Q_100μm=609.50 kJ/mol,Q_50μm=314.79 kJ/mol。厚度较小的GH3536带箔材其晶粒长大激活能也较小，晶粒更容易长大。影响晶粒长大的因素与变形程度和析出相颗粒有关。     

工艺参数对楔横轧42CrMo/Q235复合材料层合轴厚径比的影响

借助ANSYS/LS-DYNA软件,建立楔横轧层合轴有限元模型,根据四因素三水平的正交实验进行部分厚径比轧制实验。通过有限元数值模拟,分析工艺参数成形角、展宽角、断面收缩率和轧制温度对厚径比的影响规律。结果表明:轧制实验结果和有限元模拟的结果相符合,有限元模型可以用来预测厚径比。厚径比随着展宽角的增大先迅速下降,后缓慢下降;随着轧制温度的增大先增加,后缓慢增加;随着断面收缩率的增大先缓慢增加,后趋于平缓;随着成形角的增大变化不明显。对厚径比的影响主次为:展宽角、轧制温度、断面收缩率、成形角。研究结果有助于指导层合轴覆材厚度和基材半径尺寸的调控与设计。     

铜箔抗拉强度及延伸率的尺寸效应研究

为了研究尺寸参数对金属箔材的抗拉强度和延伸率的影响规律,采用不同厚度和晶粒尺寸的铜箔进行室温单向拉伸试验.试验结果表明:铜箔的抗拉强度和延伸率同时受厚度和晶粒尺寸的影响,这种尺寸效应的描述必须引入无量纲的厚度晶粒尺寸比(T/D)作为比较参数.抗拉强度在不同厚度晶粒尺寸比区间内的变化规律不同;而延伸率在厚度晶粒尺寸比相同时都随厚度的减小而降低.拉伸断口的扫描电镜分析显示箔材的延伸率随着厚度的减小出现的突降和断裂机制的变化有关.     

304不锈钢箔带微拉深成形性能研究

目的 探究退火温度对厚度为20 μm的奥氏体304不锈钢（ASS 304）箔带微拉深成形性能的影响规律。方法 将ASS 304箔带分别在850~1 050 ℃下进行退火处理以获得不同的微观组织,基于退火试样和精密微型落料–拉深复合模具,开展微拉深成形试验并制备出外径为1.6 mm的杯状微拉深成形件,并通过高分辨率激光扫描电镜进行微拉深成形件表面形貌的观测和分析。结果 ASS 304箔带的微拉深成形性能受到尺度效应的显著影响。当退火温度为850 ℃时,强烈的材料各向异性导致微拉深成形件出现严重的起皱现象;经900 ℃退火后,MDD成形件的起皱现象有所抑制,但依旧不均匀;当退火温度为950 ℃时,ASS 304箔带主要由再结晶后形成的细小等轴晶构成,材料各向异性得到明显改善,起皱现象得到抑制;当退火温度进一步升高到1 000 ℃甚至1 050 ℃时,晶粒的长大导致各向异性增强、塑性降低,显著影响了微拉深成形件的成形质量。结论 适宜的退火温度有助于改善ASS 304箔带的微观组织,进而改善材料的力学性能及成形性能。950 ℃是获得具备高成形质量及表面质量的ASS 304微拉深成形件的较优退火温度。     

基于有限变形理论的齿轮楔横轧制坯热力耦合模拟

楔横轧齿轮轧制成形是一个全新的课题,在轧制过程中轧件的变形、温度场及力能参数都有待研究。将楔横轧技术与齿轮范成加工原理相结合,设计了楔横轧齿轮轧制的模具,给出了楔横轧齿轮轧制成形热力耦合本构模型,并在SuperForm平台对轧制成形过程进行了有限元模拟,获得了轧件在成形过程中的变形规律、温度场分布及力能参数变化等数据,详细分析了数值模拟结果,为进一步研究齿轮楔横轧制坯提供参考。     

铜钢复合板弯片成形数值模拟与成形试验

铜钢复合钢板HALF弯片弯曲半径小,冲压成形变形量大,易出现复合界面开裂、脱层问题.采用ABAQUS三维有限元软件对HALF弯片热成形过程进行数值模拟,分析了600℃、700℃、800℃、900℃成形温度下弯片应力、弯片厚度及复合界面选定点应力,并进行了铜钢复合板HALF弯片热成形试验,测定复合界面结合率与剪切强度.结...     

塑性有限元法在金属轧制过程中组织演化模拟进展

介绍了塑性有限元法在金属轧制过程中组织演化模拟的发展历程和新进展,包括刚塑性有限元法和弹塑性有限元法的理论基础;通过物理冶金模型有限元模拟轧制过程中的组织演变;元胞自动机与有限元结合进行轧制过程多尺度综合模拟;利用晶体塑性有限元研究轧制过程中成形极限、取向织构和空洞长大行为等。最后展望了其今后的发展趋势。     

累积叠轧工艺对AZ31镁合金板材组织和性能的影响

采用累积叠轧工艺对AZ31 镁合金薄板进行剧塑性变形,研究了累积叠轧变形过程中镁合金板材的组织及性能演变.实验结果表明,累积叠轧可以有效细化AZ31镁合金板材的晶粒组织,显著改善室温延伸率,是制备大尺寸、高性能细晶镁合金板材的一种有效、经济而且可以实现工业化生产的技术.累积叠轧5道次后AZ31镁合金板材组织均匀,晶粒尺寸为1～2μm左右,晶粒细化源于大的累积变形及表面剪切变形;室温抗拉强度和延伸率可达到349MPa和22.46%,可归因于晶粒细化对镁合金强度和塑性的改善.累积叠轧板材的道次间的加热使ARB组织粗化,减小了累积叠轧过程中晶粒持续细化的效果.     

工艺因素对AZ31镁合金板材室温成形性能的影响

通过不同的加工工艺制备具有不同晶粒尺寸和织构的AZ31镁合金板材,通过室温埃里克森试验研究了工艺因素对提高镁合金板材室温成形性能的影响。结果表明:增大晶粒尺寸,减弱基面织构,可以改善镁合金轧板在变形过程中产生的在轧制方向的硬取向,增大镁合金轧板的延伸率,从而提高镁合金室温成形性能;用异步轧制工艺(轧制和退火温度为400℃、异速比为1.5)制备的试样晶粒尺寸增大到20μm、(0002)极图最大极密度仅为2,室温杯突实验测得IE值达到了5.71,显著提高了材料室温成形性能。