厚度和晶粒尺寸对高温合金带材起皱性能的影响

起皱失稳是金属薄板塑性成形过程中影响零件成形质量和尺寸精度的主要缺陷之一，而薄板厚度和微观组织对起皱行为的影响规律尚不明确。以不同厚度（0.2~0.25mm）与晶粒尺寸（7.12~88.39μm）的GH4169合金带材为研究对象，开展方板对角拉伸试验，通过对比试验和模拟的载荷位移曲线验证了数值模拟的有效性。基于能量法和数值模拟相结合的方法建立了GH4169带材的起皱极限曲线。结果表明，随着带材厚度方向上晶粒数的减少，GH4169带材起皱极限曲线斜率绝对值下降，更易发生起皱现象。高温合金带材起皱的尺度依赖性是由于厚度方向晶粒数减少，不同晶粒间各向异性增强，材料变形协调能力变弱，抗皱能力变差。     

高温合金超薄带材成形极限预测模型

为了评估不同理论模型对高温合金超薄带材成形极限的预测能力,通过胀形实验获得不同高温合金超薄带材成形极限曲线。采用Swift-Hill失稳准则、多种韧性断裂准则以及M-K模型,对两种高温合金超薄带材成形极限进行理论预测,并与实验结果对比。结果表明,Swift-Hill失稳准则和传统韧性断裂准则的预测精度较差,不适用于高温合金超薄带材成形极限的预测。通过考虑表面粗化对成形极限的影响修正了Swift-Hill模型,并将修正模型预测结果与Lou-Huh 2012、Hu-Chen 2017准则和M-K模型预测结果进行比较,发现前3种模型对高温合金超薄带材的成形极限具有基本相同的预测精度,且均不超过10%,而M-K模型的预测精度较低。为高温合金超薄带材成形极限曲线的建立提供了有效方法,具有重要的工程应用价值。     

C5210磷青铜薄板成形行为的尺度效应（英文）

为研究厚度、晶粒尺寸对C5210磷青铜薄板力学性能和成形性能的影响,通过不同温度退火热处理得到不同晶粒尺寸的试样,然后在常温下对具有不同厚度和晶粒尺寸的试样进行单向拉伸试验。结果表明:当厚度在50~800μm范围内,材料的屈服强度随着厚度的减小而增大,而加工硬化指数和伸长率随着厚度的减小而减小,提出了描述屈服强度随厚度减小而增大关系的修正模型;材料的屈服强度随着晶粒尺寸的增大而减小,但加工硬化指数随着晶粒尺寸的增大而增大,伸长率则随着晶粒尺寸的增大先增大到一个峰值后再减小。通过扫描电镜观察拉伸试样的断口形貌发现所有试样断裂方式均为韧性断裂,并且随着厚度的增大断口韧窝的密集度增大,而晶粒尺寸越大的试样断口韧窝密集度越小。     

不锈钢超薄板力学性能的尺度效应

为研究304不锈钢超薄板力学性能与试样尺寸、晶粒尺寸的相关性,应用自制的超薄板专用夹具进行拉伸试验,分析超薄板的厚度、晶粒尺寸对材料力学性能的影响。试验结果表明,随着试样厚度减小,材料的屈服强度先减小而后明显增大。这是因为,当试样厚度大于200μm时,表面层效应起主导作用;当试样厚度小于200μm时,应变梯度效应和表面层钝化膜共同作用。同一厚度下,改变试样的晶粒尺寸结果表明,当厚度尺寸和晶粒尺寸的比值小于2时,板料在厚度方向已没有内部晶粒,位错很容易滑移出自由表面,应力-应变曲线显著降低。     

不锈钢超薄板的力学性能及成形极限研究

为了研究三种不同厚度的304不锈钢的力学行为和成形极限,进行了单向拉伸和胀形试验。使用材料力学性能参数建立了刚模胀形有限元模型。结果表明,随着板料厚度的减小,材料的屈服强度先减小后增大,抗拉强度和伸长率先增大后减小,表现出明显的力学性能尺寸效应;超薄板的最大胀形深度和成形极限随着板料厚度的减小先增大后减小,表现出与宏观尺寸不同的变化规律;仿真与试验成形极限曲线较吻合,证明了该模型在预测金属超薄板成形极限上的准确性。     

黄铜箔拉伸屈服强度的尺寸效应

为了研究金属箔的塑性变形性能与尺寸的相关性,在常温下对不同厚度和晶粒尺寸的黄铜箔试样进行了单向拉伸实验.结果表明:随着厚度或晶粒尺寸的减小,箔的屈服强度都会升高,晶粒尺寸对屈服强度的影响满足Hall-Petch细晶强化关系,厚度减小使屈服强度升高也可以主要归结于晶粒尺寸的减小.此外,当箔的厚度小于100 靘时,厚度/晶粒尺寸比不能表征屈服强度的尺寸效应.     

Mg-6Al-1Zn-xSi合金的显微组织与高温力学性能

采用重力铸造法制备了不同Si含量的Mg-6Al-1Zn-x Si合金,分析了合金的显微组织,测试了合金在150℃下的拉伸力学性能。结果表明,合金均由α-Mg基体、β-Mg17Al12和Mg2Si相组成。随着Si含量的增加,α-Mg基体晶粒的平均尺寸逐渐减小,Mg2Si颗粒的平均尺寸逐渐增大;β-Mg17Al12由分布于晶界及晶内的点状转变为网状分布于晶界上;合金的高温抗拉强度、屈服强度和伸长率逐渐提高。此外,高温拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。     

微细C5210磷青铜板料的尺寸效应研究

为研究常温下晶粒尺寸和厚度对C5210磷青铜力学性能的影响,引入尺寸效应影响因子φ=厚度/晶粒尺寸。结果表明,厚度不同时,随着φ从14.7减小到6.3,屈服强度减小了48%,延伸率由25.5%减小到18.2%;晶粒尺寸不同时,随着φ的减小,屈服强度先快速下降,当φ减小到3.5后便缓慢下降,延伸率则先增大再减小,φ为3.5时延伸率达到最大值29.2%。通过扫描电镜观察拉伸试样断口,均为韧性断裂。厚度不同时,随着φ的增大,韧窝数量增多且尺寸增大,材料塑性较好;晶粒尺寸不同时,φ从10.6减小至3.5,断面收缩率增加,韧窝尺寸增大,材料塑性较好。而当φ值继续减小到0.8时,韧窝数量减少,且尺寸变小,材料的塑性变差。     

机械研磨处理对LY2硬铝合金高温力学性能的影响

研究了机械研磨处理对LY2硬铝合金高温力学性能的影响。结果表明,机械研磨处理后,铝合金表层呈高幅值残余压应力状态。并且随着研磨时间的增加,残余压应力逐渐增大,晶粒逐渐细化。随着拉伸温度的升高,LY2硬铝合金抗拉强度及屈服强度均降低,而合金伸长率则增大,拉伸断口上韧窝尺寸变大变深,表明合金塑性得到改善。     

合金化对超薄铝合金翅片高温力学性能和组织的影响

采用高温拉伸试验、金相显微镜、扫描电镜等方法研究了Si、Zr、Fe合金化对超薄铝合金翅片高温性能和组织的影响。结果表明,3003和改性3003铝合金(3003mod)的强度均随着拉伸温度的升高而降低,而伸长率均先增大而后降低。3003mod铝合金在500℃时屈服强度较3003合金提高了32.2%。合金化显著提高了3003mod铝合金中纳米颗粒数量,降低了粗大微米相数量,其组织特征抑制了高温拉伸过程中的二次再结晶形核,较3003合金晶粒更粗、长宽比更大。二次再结晶是导致500℃下两种合金的伸长率较300℃下的急剧减小的根本原因。     

超细镍纳米线拉伸性能的温度和应变率相关性的分子动力学研究

基于EAM势,采用分子动力学方法对超细镍纳米线（直径分别为3．94、4．95和5．99nm）在（100）晶向的拉伸性能进行研究,并对其温度相关性和拉伸应变率相关性进行探讨。结果表明：弹性模量和屈服强度随着温度的升高而逐渐降低,并且随着拉伸应变率的增大,应力一应变曲线波动程度变大,超细镍纳米线发生断裂时的应变越来越小。在0．01K温度下,超细镍纳米线屈服强度随拉伸应变率的升高迅速降低;但在其它温度条件下,拉伸应变率对弹性模量和屈服强度的影响较小。简要分析尺寸大小对镍纳米线拉伸性能的影响。     

冷变形对5052铝合金板材力学性能及制耳率的影响

利用光学显微镜、拉伸试验机及制耳率测试仪研究了冷变形对5052铝合金板材晶粒尺寸、力学性能及制耳率的影响。结果表明,5052铝合金冷轧板材的屈服强度与冷变形率呈线性关系,10%的变形量引起的抗拉强度的变化约为20 MPa,屈服强度的变化约为15 MPa。经再结晶退火后,退火板的晶粒尺寸与冷变形率及屈服强度均呈线性关系。冷变形率在50%~60%时,退火板的制耳率及平面各向异性指数Δr值均较小。     

多次真空固溶处理对GH1131高温合金组织和力学性能的影响

利用真空高压气淬工艺研究了GH1131高温合金经1100~1170 ℃范围内多次真空固溶处理后的组织和力学性能。结果表明,固溶态组织包含奥氏体晶粒和颗粒状碳化物,且随着固溶温度的升高,晶粒度稍有增大趋势。GH1131高温合金经多次真空固溶处理后组织均匀,常温与高温力学性能稳定,经1100 ℃+1130 ℃+1170 ℃三次真空固溶处理后,晶粒度维持了6~8级,900 ℃高温抗拉强度达到200 MPa。     

Tensile behavior of a new single-crystal nickel-based superalloy (CMSX-4) at room and elevated temperatures

Tensile behavior of a new single-crystal nickel-based superalloy with rhenium (CMSX-4) was studied at both room and elevated temperatures. The investigation also examined the influence of γ′ precipitates (size and distribution) on the tensile behavior of the material. Tensile specimens were prepared from single-crystal CMSX-4 in [001] orientation. The test specimens had the [001] growth direction parallel to the loading axis in tension. These specimens were given three different heat treatments to produce three different γ′ precipitate sizes and distributions. Tensile testing was carried out at both room and elevated temperatures. The results of the present investigation indicate that yield strength and ultimate tensile strength of this material initially increases with temperature, reaches a peak at around 800 °C, and then starts rapidly decreasing with rise in temperature. Both yield and tensile strength increased with increase in average γ′ precipitate size. Yield strength and temperature correlated very well by an Arrhenius type of relationship. Rate-controlling process for yielding at very high temperature (T ≥ 800 °C) was found to be the dislocation climb for all three differently heat-treated materials. Thermally activated hardening occurs below 800 °C whereas above 800 °C thermally activated softening occurs in this material.     

Tensile behavior of a new single crystal nickel-based superalloy (CMSX-4) at room and elevated temperatures

Tensile behavior of a new single-crystal nickel-based superalloy with rhenium (CMSX-4) was studied at both room and elevated temperatures. The investigation also examined the influence of γ′ precipitates (size and distribution) on the tensile behavior of the material. Tensile specimens were prepared from single-crystal CMSX-4 in [001] orientation. The test specimens had the [001] growth direction parallel to the loading axis in tension. These specimens were given three different heat treatments to produce three different γ′ precipitate sizes and distributions. Tensile testing was carried out at both room and elevated temperatures. The results of the present investigation indicate that yield strength and ultimate tensile strength of this material initially increases with temperature, reaches a peak at around 800 °C, and then starts rapidly decreasing with rise in temperature. Both yield and tensile strength increased with increase in average γ′ precipitate size. Yield strength and temperature correlated very well by an Arrhenius type of relationship. Rate-controlling process for yielding at very high temperature (T ≥ 800 °C) was found to be the dislocation climb for all three differently heat-treated materials. Thermally activated hardening occurs below 800 °C whereas above 800 °C thermally activated softening occurs in this material.     

固溶温度对激光粉末床熔化GH3536合金组织演变及力学性能影响

利用激光粉末床熔化（laser powder bed melting, LPBF）制造GH3536镍基高温合金,通过研究不同激光功率和扫描速度对缺陷数量的影响,进行工艺参数优化. 为了缓解沉积态组织的各向异性,消除残余应力,对LPBF制造合金进行固溶处理,探究不同固溶温度对组织及力学性能影响规律. 借助扫描电子显微镜(SEM)和配套的电子背散射仪(EBSD)对试样的显微组织进行观察,并进行力学性能测试. 结果表明,随着固溶温度的升高,沉积态熔池轮廓消失,碳化物溶解,小角度晶界数量减少. 1 100 ℃固溶试样常温拉伸的屈服强度为450 MPa,随着固溶温度的升高,小角度晶界对位错运动的阻碍减弱,屈服强度降低,经过1 220 ℃固溶,试样屈服强度为315 MPa. 1 100 ℃固溶试样的高温抗拉强度为220 MPa,高温拉伸时碳化物沿晶界析出导致晶界脆化,随着固溶温度的增加,沿晶界分布的碳化物数量减少,抗拉强度逐渐增大.     

微细黄铜板料尺寸效应

为研究微细尺度下材料的晶粒尺寸d、厚度t对其力学性能的影响,引入尺寸效应影响因子φ=t/d,在常温下对具有不同晶粒尺寸和板厚的H62黄铜薄板试样进行单向拉伸实验。结果表明,随着φ的减小,流动应力减小,延伸率下降;板料硬化指数n值,随板料厚度的增加而增大,随晶粒尺寸的增大而增大。拉伸试样均为韧窝微孔聚合型断裂,0.5mm和1.0mm厚度试样断口处韧窝多而浅,且为抛物线形,材料韧性好,塑性强;板厚0.1mm和0.2mm的试样断口韧窝深而大,硬化指数n值大,但塑性差。     

固溶处理对新型镍钴基高温合金显微组织及力学性能的影响

采用OM、SEM和拉伸试验等研究了固溶温度和固溶时间对新型镍钴基高温合金组织及力学性能的影响。结果表明,晶粒尺寸变化与一次γ′相含量变化一致,固溶温度低于1110℃时,随着固溶温度升高或固溶时间延长,残留的一次γ′相钉扎晶界,晶粒尺寸增加较缓。固溶温度为1110℃时,延长固溶时间至4 h时,一次γ′相基本回溶,晶粒尺寸迅速增加,进一步延长固溶时间至6 h时,晶粒尺寸增加减缓,即合金中一次γ′相的全溶温度为1110℃。合金在1100℃固溶4 h和双级时效处理(670℃×24 h,空冷+780℃×16 h,空冷)后的抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为1584 MPa和1104 MPa。因此,合金的固溶温度宜选取为1100℃,固溶时间宜选取为4 h。     

退火温度对CSP冷轧低碳高强钢带组织和性能的影响

以低碳高强钢冷轧钢带为研究对象,利用光学显微镜、场发射扫描电镜、全自动拉伸试验机等设备对试验钢进行组织观察和性能测试。结果表明:试验钢带采用520~580 ℃退火后,铁素体晶粒形态变化较小,呈变形纤维状,组织中分布的渗碳体数量较少,其屈服强度、抗拉强度变化较小,屈强比维持在0.9以上,伸长率为1%左右;采用610~700 ℃退火后,变形的铁素体周围出现了无畸变的再结晶晶粒,再结晶晶粒会随着退火温度的升高而长大成等轴状铁素体,渗碳体的球化过程是导致组织中颗粒状渗碳体数量增多的主要原因,其屈服强度、抗拉强度迅速下降,伸长率迅速增加,屈强比呈下降趋势,在670 ℃时达到最小值0.86;采用730~760 ℃退火后,铁素体晶粒充分长大,晶粒形态变化较小,组织中几乎没有游离的渗碳体存在,渗碳体仅在晶界上聚集分布呈片层状,其屈服强度、抗拉强度缓慢下降,伸长率缓慢增加,屈强比呈上升趋势,在760 ℃时达到0.91。综合考虑,试验钢带的最佳退火温度为670 ℃。     

退火工艺对TC4钛合金板材组织和性能的影响

采用不同的退火工艺对热轧后的TC4板材进行热处理,对比分析了退火温度和退火时间对材料组织和性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,TC4钛合金板材的晶粒等轴化程度提高,抗拉强度和伸长率随温度升高变化不大,但是屈服强度下降明显,同时硬度有较大幅度的提高。温度高于900 ℃后,组织类型由等轴组织向双态组织转变。900 ℃保温4 h,组织中的晶粒迅速长大,延长保温时间可以提升TC4钛合金板材的塑性,对强度影响不大。950 ℃条件下延长保温时间,材料的硬度大幅度提高;低于900 ℃时延长保温时间,材料硬度的提高幅度较小。