等径弯曲通道变形对超低碳钢组织及性能的影响

 研究了室温下C方式等径弯曲通道变形(ECAP)对超低碳钢组织及性能的影响。结果表明：第1道次ECAP变形后，组织细化效果最显著；随变形道次的增加，组织由取向差小的板条状亚晶演变成取向差大的等轴晶；第4道次ECAP变形后，晶粒平均尺寸约03 μm；变形道次继续增加，晶粒尺寸变化不显著，而晶粒取向差不断增大。这表明第4道次ECAP变形为超低碳钢细化极限；ECAP变形可大幅度提高超低碳钢的强度，并保持较高的塑性。     

工业纯钛板材室温ECAP变形组织性能研究

选取热轧退火态的工业纯钛(CP-Ti)板材为研究对象,采用通道夹角Φ=135°的模具,在室温下进行CP-Ti板状试样1~8道次等径弯曲通道变形(ECAP),利用金相显微镜(OM)和透射电镜(TEM)观察并分析了纯钛板材在不同道次变形后的组织演变过程。通过力学性能测试实验,分析了X,Y,Z面硬度的变化过程,研究了ECAP变形对CP-Ti力学性能的影响规律。结果表明:CP-Ti板材经过ECAP变形,晶粒逐渐拉长,组织位错大量增加,出现板条状组织;8道次ECAP变形后CP-Ti板材的晶粒明显细化,晶粒尺寸由原始的57.000μm细化到0.668μm;随着挤压道次的增加,组织位错逐渐消失,小角度晶界逐渐转变为大角度晶界,晶粒越来越细,最终达到纳米级别。CP-Ti板材1道次ECAP变形后硬度变化程度最大,X,Y,Z面的硬度增幅分别达32.6%,33.8%和32.9%;随着道次增加,8道次ECAP变形后,力学性能显著提高,X,Y,Z面的硬度最终达到1910,1943和1911 MPa。     

工业纯钛ECAP变形组织与织构演变的EBSD分析

利用电子背散射衍射(EBSD)对采用90°模具以C方式制备的等径弯曲通道变形(ECAP)各道次工业纯钛(CP-Ti)试样的组织及织构演变进行表征。结果表明:1道次变形后,ECAP组织并不均匀,既有拉长的粗晶,又有细小的等轴晶。随着道次的增加,组织变得细小均匀,从而达到细化晶粒的效果;工业纯钛ECAP变形初始阶段,粗大的晶粒破碎,产生位错缠结和位错胞,使小角度晶界增加。随着道次的增加,位错不断地向亚晶界运动,亚晶间产生相对滑动和转动,最终形成具有大角度晶界的超细晶组织,使小角度晶界减少,大角度晶界增加。工业纯钛原始试样具有双峰基面织构,晶体的c轴由法向方向(ND)向挤出方向(ED)偏转约15°,4道次变形后变为剪切织构,晶体的基面与剪切面平行,最终形成织构组分为(1120)[1101]。     

表面机械研磨工业纯钛表面纳米化研究

表面机械研磨处理可以使工业纯钛形成纳米表面层, 通过扫描电镜、透射电镜和高分辨电镜观察SMAT处理后的工业纯钛表层组织, 并研究了工业纯钛表面纳米化机制. 工业纯钛表面纳米化机制为: 孪晶的形成和孪晶的交割使得原始晶粒尺寸减小, 同时使晶格取向发生改变, 有利于位错滑移; 孪晶通过自身交割, 以及位错密度增加及其相互作用, 形成了细小的孪晶与胞状组织; 胞状组织转变为多边形亚晶; 亚晶不断吸收位错形成大角度晶界, 亚晶以及取向不同的细小孪晶逐渐转变为随机取向的纳米晶.     

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.     

超细晶纯钛疲劳裂纹扩展及裂纹尖端组织演变

采用疲劳裂纹扩展实验研究剧烈塑性变形制备的4种超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展行为,通过观察不同组织超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展路径,并对裂纹尖端塑性区进行显微硬度分布实验和显微组织观察,分析不同组织超细晶纯钛疲劳裂纹扩展的微观机制。结果表明,等径弯曲通道变形（equal channel angular pressing,ECAP）纯钛和旋锻后400℃退火纯钛的疲劳裂纹扩展路径曲折,而ECAP+旋锻变形纯钛和旋锻后300℃退火纯钛的疲劳裂纹扩展路径平直。循环载荷作用下,超细晶纯钛裂纹尖端区域的显微硬度和微观组织变化显著。其中ECAP+旋锻变形纯钛的组织位错密度和显微硬度降低,而ECAP变形和旋锻后退火纯钛的组织位错密度和显微硬度均升高。超细晶纯钛疲劳裂纹扩展过程中组织结构对位错运动的阻碍导致裂纹扩展方向改变,且裂纹尖端区域位错密度为显微硬度变化的主要影响因素。     

用等径角挤压变形法制备纳米晶金属结构材料的组织演变

用实验方法研究了工业纯铁在等径角挤压变形(路径C)过程中晶粒细化过程。实验结果表明，经4道次剪切变形后开始出现纳米级晶粒。晶粒细化过程为：原始粗晶粒→晶粒被剪切变形带分割→位错线分割滑移带→位错线发展为位错墙，把变形带分割成细小的亚晶→亚晶界的位错密度增加→形成大角度晶界的纳米晶粒。测试了不同变形道次下材料的显微硬度值。     

Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化机制研究

借助X射线衍射仪、透射电镜及显微硬度仪等先进仪器,研究了经超音速微粒轰击( SFPB)形变热处理Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化晶粒尺寸演化及纳米化机制.研究结果表明:超音速微粒轰击使Ti-6Al-4V合金表面获得了纳米组织,并发生显著的加工硬化,表面显微硬度比基体硬度提高了1倍多;随着SFPB处理时间的延长,纳米结构层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为20 nm具有随机取向的纳米等轴晶.Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化是由于位错运动、孪晶的形成及交割共同作用的结果;在多方向载荷的重复作用下,在塑性变形区产生了大量的由位错线和高密度位错缠结分割的位错胞,并在位错寨集处产生应力集中,进而形成孪晶;孪晶自身相互交割和位错的滑移相互协调,形成了细小的孪晶和胞状组织;晶胞组织转变为细小多边形亚晶;当孪晶尺寸细化到亚纳米级时,位错的滑移起主导作用,最终通过位锗的湮灭和重组形成了具有随机取向的等轴状纳米晶粒.     

工艺参数对CVCE变形工业纯铝组织和性能的影响

采用连续变断面循环挤压(CVCE)工艺制备细晶工业纯铝,结合金属流动规律研究挤压角度和变形道次对变形工业纯铝组织和性能的影响。结果表明:随着挤压角度的增加,网格畸变程度和变形不均匀程度随之增加,θ=7°试样的晶粒细化程度远大于6°,但晶粒尺寸和晶粒分布不及6°均匀;随着变形道次的增加,累积变形量增大,晶粒被充分细化,θ=7°试样经3个循环变形后的晶粒尺寸被细化至10μm,是原始晶粒尺寸的1/10; CVCE变形工业纯铝由表面至芯部的网格畸变决定了硬度的分布是沿表面到芯部逐渐减小,并且随着变形道次的增加,θ=7°试样的硬度呈显著增加趋势,3个循环的显微硬度可达HV 105. 62,相比于原始试样提高了4倍。经CVCE变形后试样,横截面与纵截面上晶粒的形状和取向性完全不同,纵截面上原始等轴晶粒取向性逐渐削弱,横截面上原始粗大的柱状晶经过变形后,晶粒的取向性几乎消失。     

Cu及CuZn合金等通道转角挤压层错能对晶粒细化的影响

在室温下,对纯铜T2及黄铜H90(Cu-10wt.%Zn)两种中低层错能材料进行A路径最高8道次等通道转角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)试验,其层错能分别为78m J/m2、35m J/m2,采用金相显微技术和透射电子显微技术在不同尺度上研究了ECAP变形后的显微组织。实验结果表明,随着层错能的降低,材料的晶粒更容易得到细化,且均匀程度更高。8道次变形后H90观察到了变形孪晶,T2、H90的平均晶粒尺寸分别为308nm和210nm。     

工业纯钛等径弯曲通道变形过程中的孪生行为研究进展

室温下具有密排六方(hcp)晶体结构的钛,由于在晶体学上具有较低的对称性,只有4个独立滑移系,塑性变形能力差。工业纯钛的塑性变形机制主要为滑移和孪生,且孪生变形在塑性变形过程中起着重要的作用,显著地影响工业纯钛的显微组织及力学性能。等径弯曲通道变形(equal channel angular pressing, ECAP)是最具有工业应用前景的剧烈塑性变形技术之一,成功制备性能优异的超细晶(UFG)工业纯钛。本文综述了工业纯钛ECAP变形过程中的孪生行为及机制研究进展。重点从ECAP变形工艺:挤压温度、挤压道次、挤压速度、模具参数以及晶粒尺寸等方面详细论述了工业纯钛ECAP变形过程中的孪生行为,分析了工业纯钛ECAP变形过程中不同阶段的孪生机制,并指出工业纯钛ECAP变形过程中的孪生行为及机制研究中存在的问题及今后的研究方向。     

等通道热挤压变形制备奥氏体不锈钢纳米级组织

 通过采用700 ℃等通道挤压法(ECAP法)对00Cr19Ni10奥氏体不锈钢实施变形，制备出晶粒尺寸在200~300 nm的超细晶组织，由此可使其抗拉强度与屈服强度显著增加。同时探讨了ECAP细化机理，对试验钢在等通道挤压变形中的微观组织演变过程进行了分析，发现其组织演变与滑移、孪晶以及动态再结晶有关。     

原始组织对304L超低碳奥氏体不锈钢等径角挤压变形的影响

304L超低碳奥氏体不锈钢由25kg真空感应炉冶炼,用透射电镜(TEM)研究了该钢铸态组织200℃等径角挤压变形(ECAP)后组织演变和铸态组织1道次ECAP+1150℃1.5 h,AC处理(固溶组织)再进行ECAP后的组织。结果表明,304L钢铸态组织1道次ECAP变形过程中主要的变形机制为滑移变形,同时出现少量的孪晶变形;304L钢固溶组织在ECAP变形过程中孪晶变形数量急剧增加,孪晶和滑移共同进行,细化原始晶粒组织演变。     

等径角挤压变形奥氏体不锈钢的组织演变

 用实验方法研究了奥氏体不锈钢在等径角挤压冷变形(路径RC)过程中组织变化。实验结果表明：当剪切方向与孪晶带方向成一定角度时，在剪切力的作用下，孪晶逐渐由大块孪晶→由剪切带分割的孪晶(楼梯状)→小块状→奥氏体亚晶或马氏体晶粒；部分孪晶在剪切力作用下，剪切带可直接碎化成具有大角度位向差的细小晶粒(奥氏体亚晶+马氏体晶粒)，可发生马氏体相变；当剪切方向与孪晶带方向相同时，孪晶带区域也可发生马氏体转变；3道次变形后，具有明显特征的孪晶已很少，此后继续进行剪切变形，孪晶碎化组织(含马氏体)和奥氏体剪切滑移带(含碎化晶粒)的变形以剪切滑移方式进行，当奥氏体的滑移遇到阻力时，可局部形成局部形变孪晶来协调变形；随变形道次的增加，马氏体转变也越多，在多次剪切以及道次中的交叉滑移作用下，马氏体板条逐渐被高密度位错墙分割而碎化成细小的晶粒；8道次变形后，可获得60~230 nm的等轴晶粒。     

反复轧制过程中TA1纯钛板的组织演化及强化机制

采用反复轧制工艺制备了超细晶TA1纯钛板。通过金相、透射电镜、X射线衍射、扫描电镜等手段,分析了纯钛板在反复轧制过程中,不同的应变量所对应的组织形貌特点,并测试了强度、塑性,观察了宏观断口与微观形貌。结果表明:纯钛在常规轧机上经过反复轧制可显著细化晶粒,晶粒尺寸由轧制前的80μm降至120 nm;强度则随着轧制应变量的增加而提高,当Von Mises等效应变为2.4时,平均屈服强度提高到678 MPa,是轧制前粗晶的3倍多;位错及其交互作用是细化晶粒的主要机制,在高密度位错区域由于位错的交互作用而形成了位错胞和亚晶粒,最终演变成超细晶粒;细晶强化和加工硬化是导致纯钛轧制后强度显著提高的主要原因。     

反复轧制过程中TA1纯钛板的组织演化及强化机制

采用反复轧制工艺制备了超细晶TA1纯钛板。通过金相、透射电镜、X射线衍射、扫描电镜等手段,分析了纯钛板在反复轧制过程中,不同的应变量所对应的组织形貌特点,并测试了强度、塑性,观察了宏观断口与微观形貌。结果表明:纯钛在常规轧机上经过反复轧制可显著细化晶粒,晶粒尺寸由轧制前的80μm降至120 nm;强度则随着轧制应变量的增加而提高,当Von Mises等效应变为2.4时,平均屈服强度提高到678 MPa,是轧制前粗晶的3倍多;位错及其交互作用是细化晶粒的主要机制,在高密度位错区域由于位错的交互作用而形成了位错胞和亚晶粒,最终演变成超细晶粒;细晶强化和加工硬化是导致纯钛轧制后强度显著提高的主要原因。     

工业纯钛中的形变孪晶演变及其稳定性研究

采用轴向拉应力、周向压应力的方式对工业纯钛进行室温加工,研究不同加工变形量下孪晶组织和力学性能的演化规律,并通过变形样品退火后的组织与硬度变化表征孪晶的稳定性。结果表明:孪晶数量和尺寸与加工变形量呈线性变化,60%变形量样品中出现加工流线并达到塑性极大值;550℃退火出现再结晶晶粒,形变孪晶550℃以下可短时亚稳存在。     

工业纯钛室温多道次ECAP变形后横截面的硬度均匀性分析

在室温下,采用90°模具对工业纯钛(CP-Ti)进行多道次等径弯曲通道变形(ECAP),将每个道次变形后的试样横截面抛光后进行显微硬度的测量,并利用这些结果来绘制曲线图和等高线图,分析各道次的硬度变化以及横截面硬度分布规律。研究结果表明:工业纯钛经单道次ECAP变形后,虽然在靠近试样下表面处存在硬度较小的部分,但平均硬度显著提高,而在随后的挤压道次中硬度提高的趋势越来越小。并且经过ECAP单道次挤压后,试样中心硬度值高于试样上下表面硬度值。随着挤压道次的增加,靠近试样下表面硬度较低的区域逐渐消失,试样横截面的硬度分布越来越均匀。在4道次挤压后,试样上、下表面的硬度值稍高于试样中间的硬度值,这也说明通过ECAP多道次的加工可以使试样达到更高的硬度和更加均匀的硬度分布。     

高能球磨法对TiAl基合金表面的纳米化改性

采用常规高能球磨机对TiAl基合金进行表面纳米化改性。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对试样表层的微观结构和相组成进行观察分析,研究表面纳米化过程中表层晶粒细化的机制;并采用纳米压痕仪测定试样表层的显微硬度,研究表面纳米化改性对合金表面性能产生的影响。结果表明:高能球磨技术能够实现TiAl基合金表面的纳米化改性。改性后试样表层晶粒尺寸约为10 nm。晶粒主要通过孪晶交割和位错缠结重组进行细化;表面显微硬度提高至920 HV,约为未处理试样的2.8倍。     

热挤压和旋锻粉末冶金纯钛的组织和力学性能

采用粉末冶金技术结合热挤压和旋锻工艺制备纯钛棒,利用万能试验机、维氏显微硬度仪、金相显微镜、高精度多功能密度计等设备测试纯钛棒的屈服强度、维氏硬度、显微组织和相对密度,研究了纯钛棒的制备工艺及其微观组织结构对材料力学性能的影响。研究表明,利用粉末冶金技术结合热挤压和旋锻工艺制备的纯钛棒屈服强度是880 MPa,均匀延伸率是4.06%,在拉伸变形过程中发生韧性断裂。纯钛棒显微组织为等轴状的细晶粒组织,平均晶粒尺寸约1 μm,组织分布均匀,无明显裂纹和缺陷,有较高的相对密度。