工业纯钛在120°模具中的多道次ECAP室温变形组织与性能

在室温,采用通道夹角为120°的变形模具对工业纯钛(Commemial Pure Titanium,CP-Ti)以Bc方式实施四道次ECAP(EqualChannel Angular Pressing)挤压变形,成功获得表面光滑无裂纹的变形试样.文中主要研究了工业纯钛在室温下进行ECAP多道次变形的组织结构演变,并测试了变形试样的力学性能.微观结构显示工业纯钛在室温下进行多道次ECAP变形时,只在前两道次产生了大量的变形孪晶,且随道次增加变形孪晶逐渐消失.最终获得的试样晶粒平均尺寸由最初的约28μm细化到约250 nm,试样断裂强度和显微硬度分别提高到773和2486 MPa,而试样仍保持较好的延伸率(可达16.8%).     

90°模具室温4道次ECAP变形纯钛的宏观织构演变

采用两通道夹角Φ=90°,外圆角ψ=20°的模具,实现TA1纯钛C方式4道次室温ECAP(Equal Channel Angular Pressing)变形,制备了表面光滑无裂纹的变形试样。研究纯钛室温ECAP变形试样的织构演变特征。结果表明:在ECAP变形初期,基面织构和锥面织构逐渐向P(φ1=45°,φ=0°~90°,φ2=30°)织构旋转,基面织构和锥面织构减少,柱面织构增加,织构的演变是由位错增殖导致微结构变化引起的。在变形后期因晶粒细化,织构演变主要由整个晶粒的旋转来形成剪切织构,基面织构逐渐增加。     

ECAP对SLM纯钛组织演变和力学性能影响

等通道转角挤压（equal channel angular pressing,ECAP）成功对选择激光熔化（selective laser melting, SLM）制备的纯钛进行了改性处理。采用两通道夹角Φ=120°,ψ=20°的模具,在室温下对SLM制备的纯钛进行单道次变形改性处理,并对其显微组织和力学性能进行了评价。结果表明：SLM+ECAP纯钛试样组织细化,晶粒尺寸由13 μm减小到7 μm,位错密度增加。ECAP变形过程中,孪生和连续动态再结晶同时存在,拉伸与压缩孪晶的出现和位错密度的增加共同促使SLM+ECAP纯钛试样显微硬度增加了13%,屈服强度和极限抗拉强度分别提高了18%和20.4%,而延伸率略有减小。     

原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响

室温下,对923 及1023 K退火1 h所得的不同原始晶粒尺寸的工业纯钛进行ECAP变形。通过TEM、EBSD、室温拉伸和显微硬度测试研究原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响。探讨纯钛ECAP变形孪生行为和变形机制。结果表明,退火温度越高,原始晶粒尺寸越大。1道次变形后,1023 K退火纯钛的晶粒细化效果更显著。4道次变形后,923 K退火纯钛的组织更细小均匀。随着变形道次的增加,屈服强度不断增大,1道次变形后增幅最大,约为100%,且原始晶粒尺寸越大,强度增幅越大。纯钛ECAP变形机制包括位错滑移和孪生,原始晶粒尺寸越大,孪晶数量越多。     

变形方式对工业纯钛室温ECAP组织及性能影响

采用2通道夹角Φ=120°,外圆角ψ=20°的模具,在室温分别采用A方式(相邻道次间试样不旋转)、B方式(相邻道次间,沿试样长度方向旋转90°进入下一道次)及C方式(相邻道次间,沿试样长度方向旋转180°进入下一道次)成功实现工业纯钛2道次等径弯曲通道变形(ECAP),观测分析试样显微组织和力学性能.结果表明:在室温下按不同变形方式进行ECAP变形2道次后,工业纯钛的强化效果基本相同.第1道次所形成的变形组织在第2道次变形时的变形机制及变形组织的演变规律因采取的变形方式而不同,从而使得形成的组织形貌不同,B、C方式皆可形成等轴胞状组织.     

工业纯钛ECAP温变形的组织研究

采用两通道夹角为90°,外圆角为20°的模具,实现了工业纯钛BC方式6道次的ECAP温变形,累积等效真应变达到6.3,并观察分析了变形试样的显微组织.结果表明:工业纯钛经BC方式6道次ECAP温变形后,获得了晶粒尺寸为150 rm的具有大角度晶界的超细晶组织;工业纯钛在ECAP温变形过程中,随变形道次的增加,通过位错滑移产生的板条和不稳定的孪晶组织相互作用,大量的位错聚积成位错胞并生成亚晶;在变形温度的影响下,位错相互作用,使亚晶逐渐演变成具有大角度晶界的超细晶组织.     

室温ECAP工业纯钛组织热稳定性研究

采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具在室温不采用中间退火条件下成功实现工业纯钛(TA1)高达8道次等径弯曲通道变形,制备出超细晶工业纯钛。研究了室温ECAP工业纯钛的组织热稳定性能。结果表明,ECAP变形后的工业纯钛组织在400℃以下保持较高的硬度,热稳定性较好,而在400℃以上,发生了再结晶,硬度急剧下降,热稳定性变差。     

等通道径角挤压纯钛的力学性能

采用自行设计的模具对TA1进行二道次等通道径角挤压(ECAP)实验。采用B路径在温度400℃⁴20℃、挤压速度1mm/min的条件下对边长10mm的方形棒材进行处理,研究挤压变形后微观组织对力学性能的影响。结果表明,工业纯钛经过二道次ECAP变形后,晶粒明显细化,由初始的等轴晶逐渐演变为拉长的晶粒、孪晶交割、板条状组织和细晶组织,且道次增加,板条间距越细小;抗拉强度显著提高,二道次ECAP后的抗拉强度达1240MPa,同时硬度达到319HV,且塑性为16.7%。疲劳极限强度由原始的220MPa提高到280MPa,提高了27.3%。     

等通道径角挤压纯钛的力学性能

采用自行设计的模具对TA1进行二道次等通道径角挤压(ECAP)实验。采用B路径在温度400℃~420℃、挤压速度1mm/min的条件下对边长10mm的方形棒材进行处理,研究挤压变形后微观组织对力学性能的影响。结果表明,工业纯钛经过二道次ECAP变形后,晶粒明显细化,由初始的等轴晶逐渐演变为拉长的晶粒、孪晶交割、板条状组织和细晶组织,且道次增加,板条间距越细小;抗拉强度显著提高,二道次ECAP后的抗拉强度达1240MPa,同时硬度达到319HV,且塑性为16.7%。疲劳极限强度由原始的220MPa提高到280MPa,提高了27.3%。     

旋锻对等径弯曲通道变形纯钛的显微组织及力学性能的影响

在室温下经4道次等径弯曲通道变形(ECAP)及旋锻复合变形制备超细晶纯钛。利用透射电子显微镜、拉伸试验测试和显微硬度测试等方法对比研究了旋锻对ECAP变形纯钛的显微组织和力学性能的影响。结果表明:ECAP变形后形成宽度约为400 nm的板条组织,板条边界位错密度明显较高,硬度值急剧增加;旋锻使ECAP剪切变形形成的板条组织消失,晶粒显著细化、晶界逐渐清晰,获得平均晶粒尺寸约为200 nm的等轴状超细晶组织,旋锻变形后的组织更均匀,位错密度较低,硬度值略有下降;旋锻变形使ECAP变形纯钛屈服强度和抗拉强度明显增大,增幅分别为26. 3%和17%,塑性降低,伸长率约为12. 3%。     

室温ECAP变形工业纯钛的微观组织研究

在室温下采用等径弯曲通道变形技术(ECAP)对工业纯钛进行2道次(φ=90°)和8道次(φ=120°)挤压变形.利用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)分析变形前及不同道次后工业纯钛的组织形貌特征.结果表明:ECAP变形1道次后,原始晶粒在剪切力的作用下沿变形方向拉长成板条状;随着变形道次增加,晶粒进一步细化,且出现晶粒从大板条向小板条及等轴晶转化的趋势.     

工业纯钛ECAP温变形的力学性能及热稳定性

采用两通道夹角φ=90°,外圆角ψ=20°的模具,成功实现了工业纯钛BC方式6道次ECAP温变形,累积等效真应变达到约6.3,制得ECAP温变形试样后,对各道次ECAP温变形后的工业纯钛进行压下量为55％的冷轧变形.同时,观察分析了变形试样的显微组织及性能,并对各道次ECAP温变形试样的热稳定性进行研究.结果表明,经过6道次ECAP变形后,工业纯钛的抗拉强度达到760MPa,伸长率为40％.当退火温度低于400℃时,ECAP变形试样的组织变化不大,显微硬度下降缓慢;当退火温度高于400℃时,由于发生了再结晶,显微硬度显著下降.     

ECAP制备超细晶钛的力学性能研究

采用等径弯曲通道变形成功实现工业纯钛室温8道次变形.ECAP变形后,工业纯钛晶粒明显细化,力学性能显著提高,抗拉强度从407MPa提高到791MPa,并保持良好塑性,硬度最终达到2641 MPa,成为高性能超细晶纯钛.     

室温等径弯曲通道变形工业纯钛的组织及性能研究

采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具,在室温下成功实现了工业纯钛单道次等径弯曲通道变形（ECAP）,并对变形试样进行（200～500）℃×0.5h退火,研究了试样显微组织和力学性能。结果表明,工业纯钛经单道次ECAP变形后,组织内存在大量的形变孪晶;晶粒碎化成板带状组织;屈服强度和显微硬度显著提高,并保持了足够的塑性;退火温度低于300℃时,显微硬度下降缓慢;高于300℃时,显微硬度显著下降。     

等通道球形转角挤压过程中工业纯铝的微观组织演变与力学性能

突破传统ECAP变形全过程通道等截面思路,提出一种耦合剪切应变和正应变于一体的新型等通道球形转角挤压(equal channel angular extrusion with spherical cavity,ECAE-SC)工艺。在自行研制的模具上对工业纯铝进行室温单道次ECAE-SC挤压实验,采用OM、EBSD和TEM等技术手段,研究了ECAE-SC变形过程中工业纯铝微观组织的演变规律,并测试了变形后试样的显微硬度。结果表明,在ECAE-SC工艺剧烈简单剪切变形诱导下,工业纯铝仅需1道次挤压变形即可获得等轴、细小、均匀的超细晶组织,平均晶粒尺寸约为400 nm;工业纯铝室温ECAE-SC变形以位错滑移为主并伴有不完全连续动态再结晶,其微观组织经历了剪切带→位错胞→小角度亚晶→大角度等轴晶粒等动态演化过程。1道次ECAE-SC变形后,工业纯铝组织以{110}001高斯织构为主,同时存在部分{111}112铜型织构;材料显微硬度值大幅提升,由初始289.4 MPa提高到565.3 MPa,增幅高达95.33%,且分布均匀性良好。     

侧向等径挤压过程中的材料组织演化规律

论述了采用侧向等径挤压简称(ECAE／ECAP)技术制备超细晶材料的基本原理和组织演化过程。试验采用紫铜棒作为试样，在室温下进行了多道次挤压，等径挤压后，原始晶粒中产生了大量位错缠结和位错胞，随着挤压道数的增加，由原来被拉长的显微组织逐渐变成等轴显微组织。挤压4道次后，变形织构消失，挤压6道次后，位错胞崩塌变成为亚晶或晶粒，之后，晶界会不断增厚以及晶粒旋转，使亚晶变成大角度均匀的等轴超细晶，其晶粒尺寸为500nm～1μn。     

ECAP细晶机制及对纯铝显微组织和力学性能的影响

采用 ECAP 方法和 3 种工艺路径,研究纯铝的显微组织和力学性能的变化。研究发现,对于φ-120°模具来说,在 3 种工艺路径中,路径 A 的晶粒细化效果最明显,其次为路径 Bc,路径 C;6 次 ECAP 后,采用路径 Bc 试样的显微组织由等轴晶组成,而采用路径 A 和路径 C 时试样的显微组织由拉长的纤维状晶粒组成,平均晶粒尺寸均能小于 1 μm。相应地,3种工艺路径提高强度的有效性依次为路径A,路径Bc,路径C,变形过程中σ0.2同晶粒尺寸的关系符合Hall-petch关系。ECAP 过程中纯铝的强化机制主要是细晶强化,并初步探讨了 ECAP 过程中细晶的形成机制。     

纯钛室温ECAP和旋锻复合变形过程中的织构演变

采用等径弯曲通道挤压(ECAP)和旋锻(RS)复合工艺在室温下对纯钛进行大塑性变形,利用X射线衍射技术分析了纯钛室温ECAP和ECAP+RS复合变形过程中的织构演变规律.结果表明,随着室温ECAP变形道次的增加,原始基面织构逐渐向锥面织构和柱面织构转变,且织构强度减弱.室温ECAP变形过程中晶粒取向的变化主要以晶向绕T...     

工业纯锆ECAP单道次变形组织与性能研究

室温下采用常规等径弯曲通道变形(ECAP)模具(通道夹角90°,内圆角20°)成功实现工业纯锆ECAP单道次变形。通过金相显微镜、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及单向拉伸实验等测试方法,研究ECAP变形后工业纯锆的组织与性能。研究结果表明:工业纯锆经过通道夹角为90°模具单道次ECAP变形后,晶粒显著破碎,屈服强度和抗拉强度分别提高到397和536 MPa,增幅分别为~43%和~53%;其硬度值也由原始样的1050 MPa提高到了约1550 MPa;材料仍保持有较好的延伸率,延伸率为21.2%。TEM结果显示工业纯锆单道次ECAP变形后试样有大量的板条、位错及位错胞存在。XRD结果表明经ECAP变形后,工业纯锆原始的基面织构和锥面织构转变成了柱面织构。     

单晶铜ECAP/Bc路径形变结构与力学性能

采用电子背散射衍射技术(EBSD)、XRD,研究了单晶铜在等通道转角挤压(ECAP)/Bc路径4道次变形过程中形变结构演变,并检测了变形材料的力学性能。结果表明：低道次变形不改变单晶铜的宏观取向;2道次变形后,材料微观组织中出现取向一致的剪切带,与ED轴成15°-20°角,晶粒内部出现了形变织构{111}<112>;经过4道次变形后,剪切带与ED轴夹角不变但倾斜方向与2道次相反,形变织构不发生改变,且未出现大角度晶界;抗拉强度由168MPa提高至395MPa,延伸率则从63%降至26.5%,硬度由60Hv提高到125Hv,之后趋于平缓;由于位错堆积,材料塑性变差,断口颈缩面积变大。ECAP可使单晶铜在未破碎的情况下得到强化。