大塑性变形制备超细晶/纳米晶Al-Mg铝合金的研究进展

近年来,大塑性变形(SPD)制备具有先进结构和功能的超细晶和纳米晶Al-Mg铝合金的研究取得了很大进展。SPD后,合金的晶粒显著细化、位错密度提高及有非平衡晶界和晶界偏析形成,这些微观结构导致合金的强度、硬度大幅提高。然而,SPD合金的塑性普遍较低。综述了SPD制备的Al-Mg铝合金在结构和性能方面的一些最新研究成果。     

纳米固体材料中微观结构的高分辨电镜研究

对纳米固体材料中晶界结构的特征一直存在争议,作者对两种不同方法(惰性气凝聚加原位加压法和非晶晶化法)所制备的纳米固体材料中的微观结构,特别是晶界结构进了较深入的研究,这两种方法都能提供具有清洁界面的纳米固体材料。 惰性气体凝聚加原位加压法:对纳米固体Pd样品的高分辨电镜研究表明,晶界是由序,局部无序区和纳米级空洞组成,并不具有“类气态”结构特征。一般来说,纳米固体Pd(平晶粒度为10nm)中大多数晶界结构特征类似于常规多晶材料中的晶界,但晶界较弯曲,而具有一定的畸变。此外,在Pd样品中,还存在大量的小角度晶界位错,晶粒内部也存在一些陷结构,如刃型位错,60°不全位错,五次孪晶及孪晶交割等,这些缺陷结构特征与一般多晶料中的缺陷十分相同。 非晶晶化法:对三种不同非晶合金(Ti基、Fe基等)进行晶化处理,制备出具有不同晶粒度的纳米合金样品,对其进行微观结构的研究表明,晶界上根本不存在“类气态”结构或无序的区域,样品中存在大量的大角度非对称晶界,相应的晶界具有高密度的位错。大多数晶界上有一定的应力存在,晶界附近的点阵发生轻微的畸变,这些晶界一般以半共格结合的形式存在。与惰性气体凝聚加原位加压法所制备的纳米固体Pd样品相比,除了晶界结构存在明显的差异外,非晶晶化法所制备     

高Ca/Al比的Mg-Al-Ca合金的超塑性

针对3种高Ca/Al比的Mg-Al-Ca合金(Mg-3.7Al-3.8Ca,Mg-4.4Al-4.5Ca和Mg-4.9Al-5.0Ca)的超塑性行为展开研究,研究结果表明,铸态镁合金具有二次相Al2Ca分布于晶界的枝晶结构。经挤压后,合金的晶粒被细化,二次相也被细化为更小的粒子。这些合金在400℃时表现出很高的伸长率,Mg-4.9Al-5.0Ca在400℃时3.6×10-4 s-1应变速率下获得最大伸长率572%。超塑性流变的变形机制为晶格扩散(DL)控制的晶界滑移(GBS)。对于挤压态Mg-4.9Al-5.0Ca合金,大部分高温稳定相Al2Ca粒子尺寸为80nm,对晶粒长大的抑制作用强烈,在晶界滑移时协调变形,因此在3种合金中Mg-4.9Al-5.0Ca具有最好的超塑性。     

Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金高压扭转过程中的组织结构演变

对面心立方(FCC)结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金进行不同应变量的高压扭转实验,利用维氏硬度仪、电子背散射衍射、X射线衍射仪以及透射电镜系统分析变形引起的组织结构演变。结果表明:高压扭转过程中合金晶体结构并未发生改变,仍然保持为FCC结构,但引发其晶粒纳米化,平均晶粒尺寸达到30nm。晶粒细化主要是通过孪晶(包含初次孪晶与二次孪晶)、去孪晶(包含初次去孪晶与二次去孪晶)以及孪晶界分割晶粒的过程实现。孪晶和随后去孪晶的竞争作用导致孪晶宽度先减小后增大,初次孪晶和二次孪晶的最小宽度分别为2.7nm和0.9nm。     

退火温度对大塑性变形Al-8Mg纳米晶铝合金微观结构与性能的影响

目的 研究不同退火温度下高压扭转Al-8.0Mg铝合金的微观结构及其对热稳定性的影响。方法 利用X射线衍射定量计算了纳米晶Al-8Mg合金在不同退火温度下的微观结构参数。通过透射电子显微镜观察了不同状态的微观结构，讨论了晶粒尺寸和位错密度对热稳定性的影响，并分析了高温下析出相和孪晶的结构演变。结果 随着退火温度从125 ℃上升至280 ℃，HPT后Al-8.0Mg铝合金的显微硬度由247HV减小至144HV，240 ℃为硬度转变的临界温度，当退火温度低于240 ℃时，试样硬度值降低幅度较小。平均晶粒尺寸从125 ℃下的41.1 nm增大到280 ℃下的143.6 nm，位错密度由1.32×10¹⁵ m⁻²减小到3.54×10¹² m⁻²。结论 在退火温度低于240 ℃时，合金表现出较好的热稳定性，在280 ℃以后析出了大量Al3Mg2相，并观察到了多重退火孪晶。额外的能量在位错结构的回复和非平衡晶界的重排过程中被消耗，导致晶粒尺寸与显微硬度没有发生明显变化。加热过程中产生的结构转变可能是提高材料热稳定性的主要原因。     

Cu—Cr—Zr合金强化机理电子理论研究

通过自编软件建立了Cu合金液体、位错、晶界等原子集团模型,采用递归法计算了Cu合金电子结构。研究表明：Y在晶粒、表面、液体的环境敏感镶嵌能依次降低,Y从晶粒内向晶粒表面、液体Cu中扩散。扩散过程中Y原子填补在Cu晶粒表面缺陷处,阻碍Cu原子结晶,同时进入液体中的Y在晶粒周围形成含有高浓度Y的薄层,使晶粒生长受阻,晶粒细化。Sn向位错扩散,抑制Cr的沉淀析出,并能钉扎位错的攀移运动,推迟回复和再结晶。S在晶界偏析,使晶界结合强度降低。偏聚在晶界的S可将合金中的Zr吸附到晶界,使晶界得到强化。Cu晶粒、晶界与位错处的费米能级不同,电子在这些区域之间发生偏移,使合金内产生微电场。微电场对电子产生散射作用,使合金电阻增大。     

高能喷丸处理对7A52铝合金表面微观组织结构及性能的影响

随着金属表面自纳米化技术的不断发展,金属材料的表面性能得到了明显提升。通过SEM、EBSD、TEM和HRTEM等分析测试手段,对高能喷丸处理后的7A52铝合金表面纳米化机理进行了分析。结果表明,随喷丸时间的延长铝合金表面硬度显著增大,当喷丸时间为50min时,表面硬度约为270HV,与基体相比提高了近1.5倍。此时铝合金外表面均匀分布着平均晶粒尺寸约为14.16nm的等轴晶,距表面约60μm处分布着以小角度晶界为主的微米级亚晶。7A52铝合金表面纳米级晶粒的形成机理主要是:晶粒变形使晶内逐渐形成高浓度位错,位错的缠绕、塞积对基体晶粒进行了初步分割细化,在往复载荷的作用下最终在表面形成了等轴的随机取向分布的纳米级晶粒。     

弥散强化铜合金中弥散相的观察及析出过程

用透射电镜(TEM)、高分辨电镜(HRTEM)观察了Al2O3弥散强化铜合金的微观结构,并分析了影响弥散相大小及分布的因素.用X射线衍射仪精确测定了Cu基体的衍射峰位置,依据衍射峰的位置变化探讨了Al脱溶及Al2O3质点的析出过程.结果表明:用内氧化法制备弥散强化铜合金时,Al2O3质点在内氧化阶段析出,且Al充分脱溶,内氧化反应进行得很彻底;合金在烧结和热挤压阶段都没有质点析出.合金中Al2O3质点均匀弥散地分布在晶界和晶粒内,并且晶粒内质点比晶界质点更细小、弥散,大小约5nm,间距10nm,晶界处的质点大小约10nm,间距约50nm.     

含微量稀土元素的Al-Zn-Mg合金的超塑变形机制

用透射电镜详细观察了含微量稀土的 Al-Zn-Mg 合金在超塑变形过程中晶界位错的形态、运动及其与晶界第二相粒子的相互作用情况。发现晶界中的第二相粒子对位错沿晶界运动有明显的阻碍作用。实验还发现在含第二相粒子较多的晶界的超塑性合金中,晶界滑动是通过位错沿晶界运动和晶界的粘滞性流动两种机制同时发生作用进行的,它们相互促进并共同推动了晶界滑动的发展。首次在透射电镜下观察到超塑变形使晶界加宽的现象,在面缩率ψ=72.2%的样品中测得某晶界的宽度约为100nm,从而证实了超塑变形的晶界滑动和晶粒转动机制。     

挤压AM50(-Ca)镁合金的显微组织与力学性能研究

研究了挤压AM50(-Ca)镁合金的微观组织和力学性能.研究发现添加钙在AM50合金中生成新的Al2Ca相,并细化合金的晶粒尺寸.大于2wt.%的钙使铸态AMS0的晶粒尺寸从200 μm减小到40 μm,使挤压态AM50的晶粒尺寸从15 μm减小到7.5 μm.含钙量较少时,晶粒内仍含有少量的Mg17Al12相,Al2Ca相主要分布在晶界;含钙量多于2wt.%时,合金中的Mg17Al12完全消失,除晶界处的Al2Ca相外,在晶粒内部出现大量的针状Al2Ca相.加钙提高了AM50合金的低温抗拉强度,同时在所有试验温度下合金的屈服强度得到提升.     

低温大载荷冲击下纯铜的微观组织演变

本文提出了一种低温大载荷冲击制备块体超细晶纯铜材料的新方法。通过金相、透射电镜和显微硬度测试,研究了粗晶纯铜低温大载荷冲击变形后的微观组织演变以及退火处理对其微观组织的影响。结果表明,粗晶纯铜经低温大载荷冲击后晶粒得到明显细化。应变量为2.21时,材料内部出现高密度位错,晶粒在横截面上为等轴状,尺寸150~450nm;纵截面上为板条状,宽度30~220nm。粗晶纯铜低温大载荷冲击晶粒细化机制主要包括位错胞演变、动态再结晶和机械孪晶细化。经190℃退火60min后,材料内部高密度位错消失,晶粒在横截面上仍为等轴状,尺寸200~450nm;纵截面上仍为板条状,宽度70~100nm。     

Cr-Si合金钢原始微观结构对表面纳米化过程的影响

利用表面机械加工法在经过调质处理的CrSi合金钢表面制备了纳米结构层,利用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术对距表面不同深度的微观结构进行分析,研究原始微观结构对晶粒细化过程的影响.结果显示,在细化初期原始的小角度亚晶界被演化为高密度位错墙,长条形亚晶被演化为含有高密度位错的条形位错胞;一些原始的小角度...     

晶粒尺寸对Cu-30%Zn合金形变孪晶厚度的影响

对于面心立方结构的纳米金属,晶粒尺寸对孪生厚度(孪生核)的影响虽已有研究,但仍有待深入。本论文以Cu-30%Zn合金为模型材料,通过高压扭转变形技术、等径角挤压连同轧制技术变形得到晶粒尺寸在5~500nm的样品。透射电子显微镜观察发现:变形孪晶的片层厚度随晶粒尺寸的减小而减小,当晶粒尺寸小于20nm以后,孪晶厚度为(111)晶面间距(层错);另外,层错存在于各个不同尺寸范围的晶粒内,表明层错不受晶粒尺寸影响。研究结果表明在低层错能超细晶材料中,孪生变形是通过从晶界连续发射不全位错(层错)形成的。     

第四代粉末高温合金热变形后的"项链"组织

利用扫描电镜、透射电镜及电子背散射衍射技术研究新型第四代粉末高温合金等温锻造后的"项链"组织,对其形成机理和消除方法进行了探讨。结果表明,实验合金经过多火次等温锻造后,锻坯大部分区域为再结晶后的等轴细晶组织;然而与模具接触的上下端面得到再结晶不完全的"项链"组织,在非等轴变形晶粒周围分布着大量细小的再结晶晶粒,变形晶粒内含有较高密度的小角度晶界,缠结了大量位错。对存在"项链"组织的试样进行不同温度(1080～1180℃)的退火处理,随着温度的升高,再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸均不断增大。合金锻坯经过1150℃再结晶退火后,可基本消除"项链"组织,获得组织较均匀的细晶盘坯,满足双组织热处理的要求。     

轧制温度对Al−4.5Cu−1.5Mg−0.5Zr合金显微组织及性能影响

目的 优化加工工艺,改善合金的组织,提高合金的力学性能。方法 采用金相(OM)观察、拉伸试验和X射线衍射,分析在大应变轧制下冷轧结合T6态处理后板材的成形性能,引入Williamson-Hall模型和Taylor函数,分析合金内部位错密度的变化规律及其对力学性能的影响。结果 随着前期轧制温度从350 ℃升高到400 ℃,合金晶粒得到明显细化,再结晶充分,晶粒尺寸细小,晶界处第二相粗大;冷轧后晶粒破碎严重,晶粒的碎化方向与轧制方向垂直;在350 ℃时,合金内部的位错密度为1.62×10¹⁵ m^?2,位错密度对强度的贡献值为219.5 MPa,其抗拉强度最大为602 MPa、屈服强度为512 MPa、伸长率为12.6%。结论 Al?4.5Cu?1.5Mg?0.5Zr合金的晶粒组织明显细化,其力学性能得到提升。     

微量Ge对7056铝合金组织和淬火敏感性的影响

通过力学拉伸、末端喷淋淬火实验,结合金相观察、硬度测试、电导率测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试分析方法,研究微量Ge元素对7056铝合金组织和淬火敏感性的影响。结果表明:添加微量Ge细化了合金晶粒,晶粒尺寸由137μm减小到114μm;添加微量Ge在晶界上形成了粗大的Mg_2Ge相,并抑制了T相的形成;与无Ge合金相比,添加Ge后无沉淀析出带(PFZ)宽度变窄,从190nm减小到90nm,同时晶界析出相尺寸减小;添加微量Ge显著降低了合金的淬火敏感性,合金淬透深度提高了约25%,这与慢速淬火时析出的η平衡相的数量和尺寸有关;Ge降低了合金中的空位浓度,η平衡相在缺陷处的非均匀形核及长大被抑制,时效后η′沉淀强化相数量增多,慢速冷却时合金强度下降程度减小,合金淬透性提高。     

马氏体冷轧-回火制备超细晶钢及其热稳定性

在低碳钢和低碳加铌、钒、钛微合金钢中,通过马氏体冷轧--回火的方法获得了尺寸为数百纳米的超细晶粒铁素体组织,研究了超细晶粒组的形成机制和热稳定性.通过马氏体相交在这些钢中引入了大量高密度位错,马氏体冷轧后位错进一步增殖,形成大量位错胞状结构;在500-600℃进行的60min回火将上述胞状结构转变成具有清晰大角晶界的超细晶粒.在回火过程中形成的微合金元素碳化物对位错运动和晶界移动具有有效的"钉扎"作用,有助于获得超细晶组织并明显提高其热稳定性.     

Al—Li—Mg合金的新制法

外刊报道了研究开发均质、力学性能优异的Al/Li/Mg合金新制法。这种合金经过热挤压后施行时效处理,弹性系数大,密度小,组织细化。最重要的是没有象普通合金那样,氧化物和碳化物在晶界析出后产生晶界裂纹。     

Cu-Cr-Ti-Si合金加工软化的机理EI北大核心CSCD

通过大气熔炼制备Cu-Cr-Ti和Cu-Cr-Ti-Si合金铸锭,进行热轧—固溶—时效—冷轧工艺制备带材,研究合金经不同变形量冷轧后的组织和性能。采用金相显微镜(OM)、配备有电子背散射衍射系统(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)等检测手段对冷轧后的合金的组织结构与性能进行分析。结果表明,添加微量Si元素的Cu-Cr-Ti-Si合金在变形量ε≥80%时,硬度不升反降,而Cu-Cr-Ti合金没有发现此现象。随着变形量增大,Cu-Cr-Ti-Si合金小角度晶界比例降低,位错胞增多,位错密度略有下降,但无再结晶晶粒,说明回复导致加工软化。通过分析冷轧前组织发现,Si元素能细化合金晶粒,导致变形前Cu-Cr-Ti-Si合金晶粒较Cu-Cr-Ti更加细小,单位面积内晶界数量多,从而为合金变形中发生回复提供更多的形核位置储能。     

SiC /AZ61镁基复合材料蠕变性能的研究

采用搅熔铸造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料SiC/AZ61,通过动态机械热分析、显微组织观察和XRD衍射分析了其蠕变性能.结果表明:碳化硅颗粒的加入细化了晶粒,SiC大多分布在晶界处,颗粒镁基复合材料的蠕变性能与AZ61合金相比得到了显著的改善.蠕变性能的提高主要因为高温时具有高的热稳定性的SiC颗粒取代晶界处高温下易软化的β相(Mg17Al12)钉扎晶界,阻止了晶界的交滑移和位错的攀移.