Sc微合金化纯铝大变形组织与强化机制

以工业纯铝和Al-1%Sc合金为原料,通过熔炼得到Sc微合金化纯铝(Al-0.1%Sc)。采用X射线衍射(XRD)分析、电子背散射衍射(EBSD)分析技术以及拉伸实验,研究了Al-0.1%Sc合金在等通道转角挤压(ECAP)和压缩大应变加工过程中的组织演变和强化机制。ECAP试验采用工艺路线Bc进行3道次挤压加工,即每次挤压后将工件沿轴线方向旋转90°,旋转方向不变,挤压速度为5 mm·s-1。结果表明:ECAP加工使得合金平均晶粒尺寸减小,晶粒尺寸基本被细化到4 mm以下;显著提高了合金强度,抗拉强度由105 MPa提高到162 MPa;降低了合金中低角度晶界比例,从0.889减小到0.652;使得合金内部积累了一定量的位错,位错密度为0.5321014 m-2。而后续的压缩大应变加工对合金的平均晶粒尺寸几乎没有影响,使得合金的抗拉强度提高到176 MPa,使得合金的低角度晶界比例提高到0.765,使得合金的位错密度提高到1.7151014 m-2。大应变Al-0.1%Sc合金的强化主要由晶格摩擦应力、位错强化、低角度晶界强化和高角度晶界强化组成,其中低角度晶界和位错的强化贡献占绝大部分。     

预回复退火2099铝锂合金挤压材的组织和位错强化

2099铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度以及优良的超塑成型性和耐腐蚀性能等优点,因而被广泛应用于航空航天及武器装备制造领域。本文采用硬度与电导率测试、X射线衍射(XRD)仪显微分析、电子背散射衍射(EBSD)等方法,研究了在固溶处理前进行预回复退火处理对2099铝锂合金挤压材组织和位错强化的影响。实验结果表明:250℃/24 h+300℃/6 h+350℃/6 h+400℃/6 h的预回复退火工艺可以有效地细化合金晶粒(合金晶粒平均尺寸由5.004μm下降到4.775μm),提高合金的硬度和导电率(硬度由HV171.46提高到HV175.13,导电率由16.24%ICAS提高到16.44%ICAS),降低合金内的晶格应变、位错等晶体缺陷(位错密度由0.8284×1014降低到0.4530×1014m-2),同时也降低位错对强度的贡献(位错对强度的贡献由49.705 MPa降低到36.754 MPa)。2099铝合金晶粒细小,合金中小角度晶界比例较高,其再结晶抗力较高,预回复处理对其具有一定的抑制再结晶和强化作用,但不是很明显。     

预变形对超高强铝合金Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sr组织与性能的影响

采用X射线衍射分析(XRD)、电子背散射衍射分析(EBSD)、电导率测试、硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验,研究了固溶处理后的预压缩变形对超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.20Zr-0.075Sr挤压材组织与性能的影响。研究表明,对比未经预变形处理的合金,采用变形量分别为2%和10%的预变形处理,合金位错密度分别提高了1.20×1014和1.35×1014m-2,屈服强度分别提高了24.1和29.5 MPa,抗拉强度分别提高了24.9和30.3 MPa和硬度分别提高了HV 12.2和HV 21.7,同时发现变形量越大,提升效果越明显;同时2%预变形提高了合金抗晶间腐蚀性能。定量分析显示,预变形处理明显提高了合金位错强化、低角度晶界强化和高角度晶界强化的总强化,合金强度的增加主要因为低角度晶界与晶粒内部位错导致的强化,时效沉淀强化也可能是强度增加原因之一。合金抗晶间腐蚀性能的提高因为合金内部低角度晶界比例和位错密度的增加。     

固溶处理对690镍基合金组织和力学性能的影响

研究了1050～1150℃固溶处理对20 kg真空感应炉熔炼的690镍基合金(%:0.020C、29.93Cr、9.82Fe、0.19Al、0.25 Ti、0.023Nb、0.012Mo、0.004 2N)1.0mm冷轧板的组织和力学性能的影响。结果表明,当固溶温度从1050℃提高至1100℃,平均晶粒尺寸呈线性增长,从12μm提高到29μm,超过1100℃时晶粒尺寸快速增长,1150℃时平均晶粒尺寸达58μm;1090℃以上固溶处理时,合金中富铬碳化物完全溶解;690镍基合金主要强化机制为细晶强化,随固溶温度升高,合金室温抗拉和屈服强度分别从780 MPa和400 MPa降至662.5 MPa和250MPa,伸长率由40%提高至51.75%。     

热处理对新型医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金显微组织与力学性能的影响

分析了不同热处理制度对新型医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:经(α+β)两相区固溶处理后,合金主要由初生α相和β相组成;初生α相尺寸短小,以颗粒状形式出现在晶粒内部和晶界附近。在实验参数范围内,升高固溶温度导致初生α相的体积分数降低,β相的体积分数增加。经β单相区固溶处理后,合金主要由单一β相组成;随着固溶温度升高,β相晶粒逐渐长大,晶粒尺寸约为25μm。经(α+β)两相区固溶+时效处理后,在β相基体上析出针状α相,尺寸细小,呈交叉排列。经β单相区固溶+时效处理后,在β相晶界附近和晶粒内部析出尺寸大小不一的细针状α相;晶界附近析出的α相具有一定的取向,晶粒内部析出的α相横纵交错,大小不均匀。经固溶处理后,合金获得中等水平的强度和较好的塑性;随着固溶温度的升高,合金的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,塑性和弹性模量逐渐增加。经(α+β)两相区固溶处理后,合金的抗拉强度与屈服强度之差(Rm-Rp0.2)较β单相区固溶处理后的大。经(α+β)两相区固溶+时效处理后的合金强度增量高于β单相区固溶+时效处理后的合金强度增量。在相同时效条件下,随着固溶温度升高,合金的强度和模量逐渐减小,延伸率基本保持不变。经780℃/30min固溶空冷+480℃/6h时效空冷处理后合金的弹性模量达最小值(E=64GPa),最接近于人体自然骨骼等硬组织的弹性模量。     

固溶处理对旋压C-276合金超薄管材组织和性能影响

采用电子背散射衍射(EBSD)研究了固溶温度对旋压C-276合金超薄壁管材再结晶、晶界特征分布的影响;运用拉伸试验机和扫描电子显微镜(SEM)研究了固溶温度对合金力学性能及断口形貌的影响。结果表明:随固溶温度升高,完全再结晶比率上升;固溶温度为900℃时,合金未充分再结晶,完全再结晶比率为65%;固溶温度为1100℃时,完全再结晶比率达到99.4%。固溶温度高于1000℃时晶粒快速长大,固溶温度达1200℃时,平均晶粒尺寸为77.1μm。随固溶温度升高,Σ3晶界比率呈增高趋势,固溶温度900℃时,Σ3晶界所占比率为30.5%,固溶温度升高到1200℃时,Σ3晶界比率达到57.1%。固溶温度由900℃升高到1200℃,超薄壁管材室温抗拉强度R_m从1256 MPa降低到745 MPa,屈服强度R_(p0.2)从915 MPa降低到340 MPa,伸长率A_(11.3)从17.5%上升到65.5%。     

升温速率与固溶时间对超高强铝合金挤压材组织性能的影响

采用电导率、硬度测试、拉伸性能测试、X射线衍射仪(XRD)分析、电子背散射衍射检验(EBSD)、晶间与剥落腐蚀试验,研究了不同初始形变储能超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr挤压材在不同升温速率与固溶时间下组织性能的影响。结果表明:慢速升温退火能够降低合金的晶粒尺寸,24 h固溶较2 h固溶能够减少合金难溶第二相。合金硬度值在HV 220左右,快速升温合金硬度较慢速升温合金的硬度高。导电率在25.0%IACS左右。慢速升温2 h固溶、24 h固溶时效后合金试样的屈服强度由647.9 MPa变为697.1 MPa,增加了49.2 MPa。强度的提升主要来自于固溶强化与时效沉淀析出相强化的总强化,其次为低角度晶界强化。快速升温、慢速升温24 h固溶X方向合金试样的晶间腐蚀深度分别为42.17,64.70μm,晶间腐蚀等级为3级,合金的抗剥落腐蚀性能Y方向明显好于X方向,固溶24 h合金抗剥落腐蚀性能较固溶2 h得到了轻微改善。     

新一代镍基变形高温合金GH4065A的组织控制与力学性能

由于GH4065A合金的强化相γ′相的体积分数为43.0%,显微组织演化规律不同于传统的变形高温合金与粉末高温合金。系统分析了GH4065A合金的锻态组织特点与演化机制,发现其显微组织是一种不完全的动态再结晶(DRX)组织,动态再结晶晶粒被大尺寸γ′相限制长大,同时这些γ′相因晶界短路扩散而粗化,而未动态再结晶(unDRX)晶粒内弥散分布的小尺寸γ′相阻碍位错运动,进而形成大量由位错胞壁构成的亚结构。基于合金的锻态组织特点,可以通过固溶处理,利用动态回复(DRV)机制基本消除残留的未动态再结晶组织。根据GH4065A合金γ′相的固溶温度,可将热处理制度分为亚固溶处理与过固溶处理2种,亚固溶处理后的晶粒度为8.0级,过固溶处理的晶粒度为4.0级。经亚固溶处理后,GH4065A合金涡轮盘锻件的力学性能达到了第2代粉末涡轮盘的水平。     

固溶温度对Ti-62A合金拉伸性能和断裂韧性的影响

Ti-62A合金是一种新型高强高韧损伤容限型钛合金,研究了固溶温度对Ti-62A合金30 mm厚板材的显微组织、拉伸性能以及断裂韧性的影响规律。研究结果表明:Ti-62A合金Φ720 mm铸锭经单相区和两相区多道次大变形轧制后所得的30 mm厚板材组织为典型的片层组织,由片层状的α相和β转变组织构成,组织均匀,片层状α相平均宽度约为2.5μm,长度在40～65μm之间。两相区固溶+时效处理后,合金的组织类型为片层状组织,即片层状的初生α相(αp)相与β转变组织,随固溶温度升高,合金中的初生α相(αp)相含量显著减少,β转变组织逐渐增多,次生α相(αs)片层宽度增大,同时合金的强度下降,塑性上升,当接近相变点时这种趋势变缓。单相区固溶+时效处理获得魏氏组织,晶粒粗大,晶界平直而清晰,其拉伸强度高于920℃和940℃固溶时的片层组织,但塑性显著降低;与900℃固溶时相比强度和塑性均降低。合金的断裂韧性随固溶温度的上升而逐渐升高,单相区固溶并时效后的魏氏组织的断裂韧性明显优于两相区固溶并时效后的片层组织。     

固溶—大变形—时效下7085铝合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀

以7085铝合金(Al-7.48Zn-1.51Mg-1.42Cu-0.15Zr)为试验对象,通过使用光学显微镜(OM)、电子背散射衍射系统(EBSD)研究了固溶—大变形—时效工艺下7085铝合金的微观组织与抗腐蚀性能的影响。研究表明:相比于常规固溶—时效工艺,固溶—大变形—时效工艺是调控7085铝合金组织与性能的有效手段,它能够显著细化晶粒,增加小角度晶界数量,位错密度上升,同时还可以提高7085铝合金的抗腐蚀性能(晶间腐蚀、剥落腐蚀)。相比于压缩变形加工,等通道转角挤压(ECAP)加工由于可以降低织构和更为有效的细化合金组织,其提高合金性能的能力更强。100℃时效下合金的抗腐蚀性能排序为:固溶—ECAP—时效(晶间腐蚀二级,剥落腐蚀PC)固溶—压缩变形—时效(三级,EA)固溶—时效(四级,EB+)。     

热处理对Ti-3Al-2Fe-8V-1.5Mo合金组织和拉伸性能影响

利用光学显微技术(OM)和扫描电子显微技术(SEM)研究了Ti-3Al-2Fe-8V-1.5Mo合金在两相区和单相区固溶时效工艺下固溶温度、时效温度和时间对合金显微组织、拉伸性能和断口形貌的影响。结果表明:该合金经过固溶时效处理后的显微组织主要由α相和β相组成。随固溶温度升高,初生α相(α_p)体积分数减小,次生α相(α_s)含量增加;在相同的固溶条件下,随着时效温度和时间延长,α_s相尺寸增大,晶界α相变宽。单相区固溶时效处理后,α_s相以一定的取向关系沿着晶界弥散析出。与两相区固溶时效相比,单相区固溶时效后析出的α_s相弥散度较高、尺寸较小,强化效果更明显。α_p和α_s相会影响合金性能,随固溶温度降低、时效温度和时间增加,合金强化效应减弱,但塑性提高。通过观察拉伸断口形貌发现:合金在两相区固溶时效后以韧性断裂为主,在单相区固溶时效后以延性沿晶断裂方式为主。     

Ti—10Mo—8V—3Al—1Fe合金的冷变形高温时效强化

介稳β钛合金通常采用固溶高温时效强化,然而,近年来,一种新的冷变形高温时效强化方法引起了冶金材料工作者的极大兴趣.为此,我们研究了冷变形对介稳βTi一10Mo—8V—3Al—IFe合金高温时效强化和第二相形貌的影响,并对强化机制进行了研究和讨论.研究过程中发现,该合金板材经冷变形高温时效后的强化效果明显高于固溶高温时效强化.当合金冷变形量达到80%后,进行525℃/16h高温时效的强度值比800℃固溶和525℃/16h时效的强度值高出24%,达到1560MPa,而延伸率却没有降低,达到5%左右.为了弄清这一物理现象的本质,用TEM观察了冷变形、冷变形高温时效和固溶时效试样的微观组织.在冷变形试样中看到有许多交叉位错带,带中有堆积位错并形成尺寸为0.25μm的胞状结构,它与晶体结构、位错移动和位错相互作     

深冷+固溶+时效复合处理对A356合金微观组织和力学性能的影响

采用高斯分布数理统计的方法,借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、显微硬度计、拉伸等测试手段,研究了深冷固溶时效处理对A356合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:与T6处理工艺相比,深冷3 h+固溶+时效复合热处理可以提高力学性能,其抗拉强度、硬度以及伸长率分别提高了11.17%,12.79%和31.33%。该复合处理能够有效细化晶粒,促使Si相细小、圆整且呈弥散分布,促进时效相(β″)的析出,增加位错密度,减少空位缺陷。复合深冷3 h后α-Al相平均晶粒尺寸缩小到50.24μm,二次枝晶间距下降到39.64μm,Si相颗粒集中分布在(1.32±0.3)μm,平均长宽比为1.73,但是随着深冷时间的增加,合金位错等缺陷增多,α-Al相晶粒长大,Si相颗粒慢慢变大聚集且圆整度降低,导致力学性能有所下降,因此A356合金复合深冷3 h效果最佳。     

细晶Ti-6Al-4V合金的超塑性变形行为与组织演变

对不同温度下退火处理后的细晶TC4合金板材进行超塑性拉伸变形,研究该合金在750~850℃,应变速率为3×10-4~1×10-3 s-1条件下的超塑性拉伸变形行为,分析晶粒尺寸、变形温度和β相含量对合金性能的影响。结果表明:退火后的(α+β)型细晶Ti-6Al-4V合金表现出良好的超塑性,并且晶粒越细,最佳超塑性变形温度越低。晶粒直径为2.5μm、β相含量(体积分数)为9.6%的TC4合金在温度为800℃、应变速率为1×10-3 s-1的变形条件下,伸长率最大,达到862%。不同晶粒度合金的应变速率敏感系数m均随变形温度升高先上升后下降,最高达0.61。β晶粒处于α晶粒三叉晶界处,升温或拉伸变形时聚集并沿α晶界长大,形成细长的β晶粒并逐渐变粗大,因此在900℃以上高温下合金的超塑性变形能力降低。     

放电等离子烧结细晶2024铝合金的腐蚀行为研究

采用放电等离子烧结的方法以5μm和10μm的粉末为原料制备2024铝合金.显微结构分析表明合金中夹杂相分布在晶粒和晶界上,晶界内部夹杂相小于晶界处,SPS-5中的夹杂相比SPS-10中的大.电子背散射衍射表明合金SPS-5的晶粒尺寸(3.92μm)及其分布区间要大于合金SP-10(3.78μm),而电化学测试表明合金SPS-10具备更高的腐蚀电位、极化电阻,更低的腐蚀电流、速率和恒电位极化电流,从而具备更高的耐腐蚀性能.浸泡后试样的电镜分析表明点蚀优先在夹杂相颗粒周围产生,而合金SPS-10的更细的品粒尺寸及其分布区间导致的高晶界密度使其能够快速的在表面产生致密的钝化膜,从而阻碍了腐蚀的拓展.     

双相镁锂合金含位错的高温变形机理图理论预报

鉴于超塑性和蠕变变形中存在大量位错的实验事实,将晶粒内部平均位错数量引入到Ruano-Wadsworth-Sherby归一化的晶粒尺寸-应力的变形机理图中,以双相Mg-8.42Li合金为例获得了包含位错数的归一化晶粒尺寸和应力的新型变形机理图.归一化晶粒、应力实验数据和计算的位错数与变形机理图对照,表明双相镁锂合金在423～623K低应变速率下主要的变形机理为晶格扩散控制的晶界滑移.含位错的变形机理图建立了塑性应力、晶粒尺寸及位错数量之间的定量联系,预报了该合金在 423～623 K条件下的位错特征.     

Nd含量对Mg-5.0Y-xNd-0.6Zr合金组织性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和室温拉伸研究了稀土Nd含量对Mg-5.OY-xNd-0.6Zr(x=0,1.0,1.8,2.6,3.4,4.2,质量分数/%)合金铸锭微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着Nd含量增加,合金的平均晶粒尺寸从33.5μm减小到19.2μm,基体内固溶的Y和弥散分布的Mg24Y5颗粒减少,晶界上不连续网状分布的β相增多;合金的抗拉强度先增大后减小,而屈服强度先增大后趋于不变.,其最大值分别为214.5 MPa和102.8 MPa,延伸率和断面收缩率基本呈直线下降,分别从16.4%和23.8%降低到4.9%和2.7%;凝固过程中Nd、Y原子在固液界面前沿富集造成成分过冷度增大以及它们对晶粒生长的抑制作用增强是Nd细化合金晶粒的主要机理.     

45钢等径弯曲通道变形及组织细化研究

研究了等径弯曲通道(ECAP)变形后45钢中先共析铁素体及珠光体组织的演变特征.结果表明,ECAP变形4道次后,片层状的珠光体组织演变成了超细的渗碳体颗粒均匀分布于亚微晶铁素体基体的组织.先共析铁素体由原始的平均晶粒尺寸约为30 μm演变为大角度晶界分离的、平均晶粒尺寸约为0.4μm的超细晶组织.ECAP变形后,先共析铁素体首先在其内部会形成具有薄片层界面(LBs)的板条位错胞甚至亚晶组织.进一步变形时位错胞或亚晶可继续细化.再进一步变形时通过晶界滑移和晶粒旋转的方式可以获得具有大角度晶界分离的、等轴的超细晶组织.     

Gd含量及热处理对Mg-Gd-Zr合金显微组织和力学性能的影响

采用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)以及X射线衍射(XRD)等手段,研究了不同Gd含量(1%,2%,3%,原子分数)与不同热处理状态(铸态,固溶态,时效态)对Mg-Gd-Zr合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:铸态组织中,Gd元素富集在晶界,随Gd含量增加,共晶组织增多,并逐渐呈网状分布,合金的晶粒逐渐变小。经过535℃,24 h固溶处理,共晶组织分解,残留相主要为富Gd的方块相,数量随Gd含量升高增加,晶粒尺寸比铸态组织长大。再经过220℃,24 h时效处理,合金中析出第二相,晶粒尺寸与固溶态差别不大。合金的抗拉强度,屈服强度和硬度(R_m,R_(p0.2),HB)随Gd含量增加呈上升趋势,断后伸长率随Gd含量升高呈降低趋势。经过535℃,24 h固溶处理,消除了铸造应力,且使合金晶粒长大,降低了合金强度。时效处理后,合金中析出第二相,合金强度升高,且Gd含量越高析出第二相越多,强化效果越明显。拉伸断裂后,铸态合金呈解理断裂,固溶态合金呈穿晶断裂,时效态合金呈沿晶断裂。     

6061T6铝合金流动摩擦挤压成形性能及微观组织

通过单点流动摩擦挤压成形试验,研究了工具头转速(ω)、下压量(?l)、下压速度(v)、工具头直径(D)对6061T6铝合金成形性能的影响规律,获得了最佳的成形工艺参数:D=20 mm,ω=950 r?min-1,v=0.6 mm·min-1,?l=3.0 mm,在该参数条件下材料的成形高度最大,达到15mm。利用光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)对最佳条件成形后不同区域材料的组织进行观察和分析,结果表明:单点流动摩擦挤压成形后的试样由热影响区(HAZ)和变形区(DZ)组成,与母材相比,热影响区晶粒尺寸和形态并未发生明显变化,平均晶粒尺寸为26.5μm;变形区组织分布不均匀,搅拌区(Ⅱ(A)区)材料在工具头带动下发生三维搅动,组织细化不明显,平均晶粒尺寸为23.8μm,大角度晶界比例为45.1%。搅拌挤压复合变形区(Ⅱ(B)区)在搅拌挤压复合力作用下形成了细小等轴组织,平均晶粒尺寸仅为6.54μm。凹模拐角处(Ⅱ(C)区)组织最为细小,平均晶粒尺寸仅为3.75μm,该区域大角度晶界比例明显增加,达到81. 8%,材料在变形过程中发生了动态再结晶,形成了稳定的再结晶组织。