高锰Hadfield钢单向拉伸变形及断裂行为研究

本研究测试了高锰Hadfield钢室温下在大应变速率(分别为6×10~(-3)s~(-1)、6×10~(-4)s~(-1)、3×10~(-5)s~(-1)和6×10~(-6)s~(-1))范围内的单向拉伸变形的力学响应行为,分析了合金的变形行为及裂纹萌生与扩展规律。结果表明:在不同应变速率下均存在动态应变时效现象,且延伸率具有正的应变速率敏感性。拉伸变形后,奥氏体晶粒内产生了大量位错和层错,以及细小且相互平行的形变孪晶。应变硬化率随真应变的增加依次表现为"减小—增大—减小"三个演变阶段。其中,第二阶段的增大现象是形变孪晶的急剧增加而形成孪生硬化所致。垂直于拉伸变形方向分布的高密度滑移带是裂纹萌生的主要区域。裂纹扩展以沿垂直拉伸方向的穿晶形式为主,结合沿孪晶方向进行。高锰Hadfield钢的主要变形机制是滑移与孪生的相互竞争。     

DP980高强钢动态拉伸力学行为

对比分析DP980高强钢在应变速率10~(-3)~10~3s~(-1)范围内的动态拉伸实验结果,研究其力学行为以及断裂模式特点。结果表明:应变速率从准静态(10~(-3)s~(-1))增加至10~0s~(-1)过程中,强度基本保持不变,塑性下降了7.5%;应变速率从100s~(-1)增加至103s~(-1)过程中,强度不断增大,而塑性在10~0~10~2s~(-1)范围内上升14%,随后在10~2~103s~(-1)范围内下降了24.7%;应变速率敏感系数m始终随应变速率的增加而升高。变形过程中,位错增殖强化和加速阻力是强度上升的主要原因。塑性变形集中在铁素体中,微孔裂纹主要沿马氏体/铁素体交界扩展。试样沿厚度方向上的宏观断口,在应变速率小于101s~(-1)时呈"V"形杯锥状,在应变速率高于10~1s~(-1)时则是与拉伸方向成约45°的纯剪切型。     

液氮电脉冲处理超细晶316L不锈钢的低温拉伸性能

在液氮环境用电脉冲(EPT)工艺优化冷轧316L奥氏体不锈钢的微观组织和力学性能，研究了电脉冲处理后样品的室温和低温拉伸性能及其变形机制。结果表明：液氮电脉冲处理后的冷轧316L不锈钢可得到再结晶组织。输入电脉冲的能量不同，其再结晶比例也不同, EPT-7.5LN样品可产生完全再结晶组织。在不同温度下电脉冲处理样品的拉伸实验结果表明，在77 K的拉伸强度-塑性匹配远比在293 K时的高。透射电镜的表征结果表明，样品在293 K的拉伸变形机制以位错和变形孪晶为主，在77 K的拉伸变形时则发生了大量形变诱导马氏体相变。正是大量的马氏体相变及其随后的位错滑移变形使材料的加工硬化能力显著提高，从而使其塑性增强。进一步分析表明，产生变形机制差异的主要原因是，在低温下这种材料的层错能显著降低。     

变形温度对应变强化深冷容器用S30408不锈钢组织结构演化的影响

对经9%预变形、在不同低温条件下拉伸变形后的深冷容器用应变强化S30408奥氏体不锈钢进行一系列的微观组织结构表征,研究了变形温度对其组织结构演变的影响。结果表明:9%预变形后在1.0×10-3/s应变速率下在-60℃和-196℃的拉伸变形促进了S30408不锈钢发生从g奥氏体向α′-马氏体的转变,拉伸温度越低转变量越多、板条越细;同时,随着拉伸温度的降低S30408不锈钢的显微硬度值升高。低温拉伸形变诱发S30408奥氏体不锈钢马氏体相变,其α′-马氏体与基体g奥氏体的位向关系为{111}g∥{011}α′,<101>g∥<111>α′,符合K-S关系。     

TC18钛合金的超塑性行为与变形机制

通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10~(-5)~3.3×10~(-1)s~(-1)时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10~(-4)s~(-1)),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10~(-4)s~(-1)时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。     

新型Al-Zn-Mg-Cu合金热变形组织演化

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机研究新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金在变形温度为300~450℃,应变速率为0.001~10s~(-1)条件下的热变形组织演化。利用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)观察合金不同热变形条件下的组织形貌特征。结果表明:随着变形温度的升高和应变速率的减小,位错密度减小,亚晶粒尺寸增大;合金热压缩变形过程中主要的软化机制为动态回复和动态再结晶。变形温度为300~400℃时,主要发生动态回复;变形温度为450℃,应变速率为0.001~10s~(-1)时,软化机制以动态再结晶为主,存在晶界弓出、亚晶长大、亚晶合并3种再结晶形核机制。     

应变速率和温度对10NiCrMo船体钢力学性能的影响

探讨了高应变速率(动态)和低温对10NiCrMo船体钢拉伸力学性能的影响。拉伸试验结果表明:室温下,在应变速率较低时(1.6×10-3/s~1.6×10-1/s),随着应变速率增加,强度和塑性变化不大;而当应变速率较高时(2.8×102/s~1.2×103/s),总体上强度和塑性随应变速率的增加而有所增加,未发生脆化现象。在室温至-196℃温度范围内,常规应变速率下,抗拉强度R m随温度的降低而增加,-196℃时的强度增加约30%;而断后伸长率随温度的降低也有增加,增加约14%,不但未出现低温脆性,而且有好于室温的塑性。但当较高应变速率和低温共同作用时,与常规拉伸试验结果相比,试验钢的强度明显增加,而塑性明显下降,下降约50%。10NiCrMo船体钢在高应变速率、低温条件下独特的力学性能与均匀变形能力和断裂机制的变化有关,材料的塑性与其断裂方式无对应关系。     

7B04铝合金的超塑变形行为及其机理

在470～530℃、3×10~(-4)～1×10~(-2)s~(-1)条件下对7B04铝合金进行超塑拉伸,在530℃、3×10~(-4)s~(-1)的条件下得到了1663%的最大延伸率。计算结果表明,应变速率敏感性指数m的最大值为0.63。在不同初始应变速率条件下变形激活能Q的计算值分别为158.44 k J/mol、188.13 kJ/mol、177.78 kJ/mol和250.54 kJ/mol。建立7B04铝合金高温变形本构方程并绘制了R-W-S变形机理图。结合微观组织演变和计算结果,分析了超塑变形机理。结果表明,7B04铝合金的主要变形机理为晶格扩散控制、位错滑移协调的晶界滑动。     

变形参数对TC21钛合金片层组织球化行为的影响

目的研究变形参数对TC21钛合金片层组织球化行为的影响。方法在应变速率范围为10~(-3)~10s~(-1)和变形温度范围为760~920℃内,对片层组织TC21钛合金进行了最大应变为0.91的等温恒应变速率压缩实验,通过微观组织观察研究了应变速率、温度和应变等变形参数对片层组织球化行为的影响。结果变形参数对片层组织的球化有较大影响。结论随着应变的增加,α相的球化率增加且球化α相的尺寸逐渐减小;应变速率对球化α相的尺寸影响不大,但应变速率越低,α相的球化率越高;温度升高,α相的球化率和球化α相的尺寸增大。     

18-8型奥氏体不锈钢在低周疲劳变形下的微观组织特征

利用透射电镜系统地研究了18—8型奥氏体不锈钢在低周疲劳变形下的微观组织,包括奥氏体位错组态,形变孪晶和形变马氏体。发现奥氏体位错组态与应变幅和温度有关,形变马氏体主要在 SB 交截处形核,在室温和低温下由于母相变形方式的不同而产生不同的组织特征。     

Fe-8Mn-3Al-0.2C轻质高强钢的热变形行为

为了探究Fe-8Mn-3Al-0.2C轻质高强钢的热变形行为,在变形温度为1 123~1 423 K,应变速率0.01,0.1,1,10 s-1,真应变为0.6的条件下利用Gleeble-1500热模拟实验机进行热压缩模拟实验,通过实验机记录温度、真应力与真应变的关系,观察组织形貌演变规律.结果表明:流变应力曲线分为3个阶段,即加工硬化、动态软化及稳定流变应力;当变形温度升高和应变速率下降时,峰值应力及其所对应的临界应变减小,说明更容易发生动态再结晶;在变形初期ε0.1时,流变应力曲线出现应变增加而应力几乎保持不变的类屈服平台;压缩后的组织为奥氏体/铁素体双相组织,动态再结晶先在铁素体内部发生,随后由奥氏体承担;随着变形温度的升高和应变速率的下降,晶粒尺寸细化并趋于均匀,说明动态再结晶完成的更充分;本实验钢在本文处理工艺及0.6真应变下的最佳热加工工艺参数区间为1 250~1 400 K,应变速率为0.03~0.3 s~(-1);受合金元素影响,实验用钢的表观应力指数和热变形激活能分别为4.588 9和250.6 k J/mol,本构方程为ε·=6.20×10~9[sinh(0.009σ)]~(4.588 9)exp(-(250 601)/(8.314T)).     

304不锈钢箔材在不同应变速率下的拉伸性能研究

304不锈钢是一种常用的奥氏体不锈钢.在拉伸应变过程中,应变速率的变化会诱发马氏体转变量和转变速率,以及内部组织滑移线、位错、层错、形变孪晶密度的转变量和转变速率的不同,从而表现出不同的应变硬化行为.本文针对0.1 mm厚度304奥氏体不锈钢箔材,从断后伸长率,断面收缩率,屈服强度,抗拉强度及硬化指数5个方面,研究了室温条件下不同应变速率对其拉伸性能的影响.实验结果表明：马氏体转变理论同样适用于304奥氏体不锈钢箔材, 且0.1 mm厚度304不锈钢存在“越薄越脆,越小越强”的尺寸效应现象;同时,0.1 mm厚度304奥氏体不锈钢箔材拉伸力学性能随应变速率的变化主要表现在以下几方面：断后延伸率和断面收缩率均随着应变速率的增加而降低;低应变速率时,随着应变速率的增加屈服强度增大,而抗拉强度随应变速率的提高呈现减弱的相反规律;高应变速率下,304奥氏体不锈钢的强度主要由材料本身性能决定,应变速率的改变对强度的影响较小;准静态低应变速率下,硬化指数随应变速率增大而升高,较高应变速率下,硬化指数与应变速率变化无关.     

冷却速率对中锰马氏体耐磨钢微观结构及硬度的影响

矿山机械用构件因服役环境恶劣,常常出现磨损失效。低合金耐磨钢制造的构件采用淬火加低温回火得到单一马氏体组织,其硬度较高,但韧性差。目前,采用含有一定Si含量的中锰耐磨钢构件,通过工艺参数的有效控制可以得到马氏体加残余奥氏体(M+RA)复相组织,从而保证矿山机械构件在具有一定硬度的同时还具有一定的塑韧性。利用Gleebel3800热模拟机、金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、X射线衍射(XRD)仪及维氏硬度计等手段,研究了不同冷却速率对中锰马氏体耐磨钢的组织演变、残余奥氏体含量、形貌和维氏硬度的影响。结果表明,冷却速率由30℃/s降低至0. 05℃/s时,试验钢均获得马氏体+残余奥氏体组织。当试验钢以非常缓慢的速率(0. 05℃/s)冷却时,过饱和马氏体中的碳充分配分至残余奥氏体中,增加残余奥氏体的稳定性,因而室温下残余奥氏体体积分数较高(～12%),残余奥氏体呈现膜状和明显的块状形貌。而当冷却速率较快(10℃/s)时,残余奥氏体体积分数低于6%,残余奥氏体呈薄膜状和细小块状。另外,不同冷却速率微观结构演变及残余奥氏体体积分数不同,导致试验钢硬度发生显著变化。冷却速率缓慢时,碳的固溶强化及马氏体位错强化作用减弱,软质相残余奥氏体体积分数增加,使得试验钢硬度降至最低值HV508。当冷却速率大于10℃/s时,过饱和马氏体中碳的固溶强化及其位错亚结构强化作用使得硬度值较高。中锰耐磨钢的维氏硬度y与冷却速率x之间符合双指数衰减关系:y=-42. 23exp(-x/4. 75)-38. 27exp(-x/0. 17)+573. 76。     

316LN钢的高温本构模型与热加工图

目的 研究316LN钢的高温变形行为,确定最佳加工区间并优化工艺参数。方法 利用Gleeble热模拟实验机在变形温度为1 000~1 150 ℃、应变速率为0.001~10 s^–1条件下对316LN钢进行热压缩实验。根据实验数据分别绘制不同变形温度和不同应变速率下的流变应力曲线。在传统Arrhenius双曲正弦关系的基础上,考虑应变量的影响,通过五次多项式拟合建立316LN钢的改进型本构模型,基于动态材料模型及Prasad塑性失稳判据计算得到材料的能量耗散图和流变失稳图,将二者叠加得到316LN钢的热加工图。结果 流变应力曲线呈现典型的动态再结晶特征,且随着应变速率的增大和变形温度的升高,316LN钢的压缩应力逐渐减小,耦合应变量的本构模型预测值与实验值的相关系数达0.988 8,吻合度较高。通过建立热加工图并对比金相组织发现,316LN钢在“安全区”能量耗散效率较大的区域更容易发生动态再结晶行为。结论 高变形温度、低应变速率条件更有利于软化机制的发生,改进型本构模型精度较高,可对316LN钢热变形过程中的流变应力进行准确预测。通过构建热加工图确定了316LN钢的最佳工艺区间:温度为1 035~1 065 ℃、应变速率为0.001~0.03 s^–1以及温度为1 100~1 150 ℃、应变速率为0.035~0.1 s^–1。     

AA2195铝锂合金的热变形行为

通过Gleeble-3500热模拟实验机上进行热压缩实验,研究了变形温度为400~500℃,应变速率为0.01~10s~(-1)时2195铝锂合金的热变形行为。通过金相显微镜研究了热变形中显微组织的演变。研究结果表明,该合金流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。该合金流变应力可采用Zener-Hollomon参数来描述,在获得流变应力σ解析表达式中A=7.08018×1012 s~(-1)、α=β/n1=0.01473、n1=5.42929,其热变形激活能为Q=190.27kJ/mol。热加工图表明AA2195铝锂合金适宜加工区为400~430,442~473℃,应变速率为0.01~0.2s~(-1)以及温度范围为477~500℃,应变速率为0.01~0.3s~(-1)的区域。     

5CrMnMo钢超塑性变形特性的研究

本文对工业用5CrMnMo钢超塑性变形特性进行了研究。测定了不同晶粒尺寸的lgσ—lgε关系曲线。研究了温度,应变速率与延伸率之间的关系。在晶粒尺寸为8.53μm的试样上、在700℃下、以4.9×10~(-4)s~(-1)的应变速率拉伸时,获得了最大延伸率、其值为582％。对变形后试样的组织分析结果表明:5CrMnMo钢在超塑性变形时有扩散蠕变、晶界滑移和位错滑移三种变形机制同时发生。晶界滑移为主要变形机制。     

基于热加工图的锻造斗齿用钢热加工工艺参数

目的制定一种锻造斗齿用新型低合金耐磨钢的热加工工艺参数。方法采用Gleeble-1500D热模拟试验机对实验钢进行高温压缩,在变形温度为1173~1473 K,应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下,压缩变形60%,得到其真应力-真应变曲线。依据压缩实验数据,基于动态材料模型,建立材料的热加工图,分析实验钢在不同热变形条件下的变形特点。结果该锻造斗齿用低合金耐磨钢在不同应变下的热加工图呈现相近特征,能量耗散系数η随变形温度的升高而增大,随着应变速率的减小而减小;当应变值大于等于0.3时,在变形温度为1173~1440 K,应变速率为0.32~10 s~(-1)范围内,热加工失稳区域随着变形温度的升高而减小,随着应变速率的减小而减小。结论该锻造斗齿用低合金耐磨钢适宜的热加工工艺参数范围:变形温度为1185~1373K,应变速率为0.01~2 s~(-1);最优参数范围:变形温度为1330~1340 K,应变速率为0.2~0.5 s~(-1)。     

SiCP/ Ni 纳米复合材料的超塑性

研究了SiC_P / Ni 纳米复合材料的超塑性。SiC_P / Ni 采用脉冲电沉积方法获得。拉伸实验温度为410 ℃和450 ℃, 应变速率范围为8.3 ×10 -4～ 5 ×10 -2 s -1 。温度为450 ℃、应变速率为1.67 ×10 -2 s-1时, 获得的最大延伸率为836 %。采用SEM、TEM 分析了沉积态材料的表面形貌、断口形貌及变形后的组织, 并对变形机理进行了探讨。通过SiC 颗粒稳定基体组织有利于实现材料的超塑性, 低空洞体积分数有助于获得大延伸率。晶粒长大到微米尺度时, 变形机制主要是位错协调的晶界滑移和位错滑移塑性。      

基于位错密度理论的超高强双相钢DP1000热变形本构模型

对超高强双相钢DP1000进行单道次热模拟压缩实验,研究了其在950~1150℃和0.05~10 s~(-1)条件下的热变形行为,分析了变形温度和变形速率对流变应力的影响,建立了基于位错密度理论的热力学本构模型,确定了可表征微观硬化和软化机制的材料特征参数,量化了加工硬化、动态回复和动态再结晶对宏观力学行为的影响。结果表明:超高强双相钢DP1000的热变形应变速率ε?≤0.05 s~(-1)时以动态再结晶软化机制为主,应变速率ε?0.1 s~(-1)时以动态回复软化机制为主,应变速率0.05 s~(-1)ε?≤0.1 s~(-1)时由这两种软化机制共同作用。这个本构模型的预测值与实验值具有较高的一致性,能准确预测超高强双相钢DP1000在高温变形条件下的流变应力。     

NF709奥氏体耐热钢的热变形行为

目的获得NF709钢的热变形工艺参数。方法利用Gleeble3800热模拟试验机,在变形温度为930~1230℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、真应变为1.0的条件下,得到真应力-真应变曲线。依据流变应力曲线和相关热加工理论,建立材料的本构方程,分析试验钢的热变形特点。结果该试验钢在试验条件下的热变形激活能为424 kJ/mol,建立了试验钢在变形条件下的本构方程,回归出了动态再结晶临界应力和Z参数之间的关系方程。根据动态组织分析和相应的热加工条件,建立了试验钢的动态组织状态图,可以用来预测不同变形条件下的动态组织。建立了应变速率、温度和峰值应力之间的关系方程。结论在给定的变形温度或应变速率下,应变速率或变形温度对微观组织有显著影响。在1030~1230℃、应变速率为10 s~(-1)的条件下,试验钢在变形量较小时容易失稳,随着应变量增加,流变失稳消失。