钛及钛合金形变孪晶的研究进展

钛及钛合金变形机制主要有滑移和孪生。形变孪晶的生成分为形核和长大两个阶段。形变孪晶在钛合金变形中的作用:(1)多种塑性变形过程,当位错滑移困难时,形变孪晶起到协调变形的作用,例如,纯钛中的■等形变孪晶可协调c轴塑性变形,在高速压缩和等通道转角挤压等特殊工艺条件下孪晶仍起到协调变形的作用;(2)在压缩、等通道转角挤压和轧制等工艺条件下,形变孪晶引起大量晶粒发生转动,促进新织构的生成;(3)形变孪晶激活后钛合金产生明显的应变硬化效应,这是由于多孪晶的交叉作用;(4)形变孪晶还能产生孪晶诱发塑性效应。形变孪晶对钛合金再结晶也有促进作用,这是由于孪晶界是局部高能区,可提供合适的再结晶形核位置。室温激活孪晶诱发静态再结晶细化晶粒;热加工过程激活的孪晶同时诱发动态再结晶过程;液氮温度激活孪晶诱发之后的动态再结晶细晶效果明显,通过液氮温度多向压缩激活高密度均匀孪晶,再进行热压缩诱发动态再结晶,可获得细小均匀的等轴晶组织。     

高Nb-TiAl合金的高温循环变形机制

在750℃下对近片层Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金进行了静拉伸和循环变形,观察和分析变形后试样的微观组织.合金在750℃时的循环应力-应变曲线位于静拉伸应力-应变曲线之上,显示出明显的循环硬化特征;在循环变形过程中呈现先硬化后稳定.透射电镜观察显示,在750℃下循环变形和拉伸的合金试样中均发现有大量的位错钉扎、塞积及缠结存在,而形变孪晶仅在循环变形后的合金试样中存在.合金在750℃下的循环变形中孪生起重要作用.      

高强度高塑性TWIP钢的开发研究

通过调整成分,研究了一种新型的高锰钢成分对组织结构和TWIP效应以及对强度、塑性的影响。结果表明,该钢在变形后基体中存在大量细小的形变孪晶,室温下可具有相变诱导塑性和孪晶诱导塑性的TWIP效应,因而具有高的强度(1000MPa以上)和极高的伸长率(60％～90％)。该钢种是很有前途的高强度、高塑性钢种,满足下一代汽车制造对钢铁材料的需求。     

MA-SPS制备超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩擦磨损性能

以机械合金化+放电等离子烧结（MA-SPS）制备的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金为研究对象,研究了合金在模拟体液（SBF）中的摩擦磨损性能,并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的Ti-8Mo-3Fe合金、铸造纯Ti及Ti-6Al-4V （TC4）合金进行了对比.结果表明:采用MA-SPS工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金,合金由β相及少量α相组成,平均晶粒尺寸为1.5 μm,显微硬度为448 HV;在相同摩擦磨损条件下,超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩损程度明显低于微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态的纯Ti及TC4合金,具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数.超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的磨损机制为磨粒磨损,而微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态纯Ti及TC4合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损.      

单轴拉伸/压缩应力下多晶Be孪晶变形行为

利用光学显微镜(OM)和电子背散射衍射仪(EBSD)研究低c/a值密排六方多晶Be单轴拉伸/压缩不同屈服阶段的孪晶变形行为。结果表明:单轴拉伸/压缩应力状态下,多晶Be形变孪晶均为{101-2}101-1-型孪晶。单轴拉伸应力状态下,因{0001}基面解理和{10 1-0}柱面滑移的竞争,多晶Be孪晶变形十分困难,断裂后(δ=6. 15%)孪晶变形晶粒仅占晶粒总数的约5%。单轴压缩应力状态下多晶Be表现出良好的塑性(δ=36. 30%),但压缩形变过程中,因多晶Be的基面和柱面滑移难以使晶粒转向孪晶变形的有利位置,孪晶变形对塑性的贡献集中在压缩变形初期。压缩塑性应变5. 74%时孪晶变形晶粒约占晶粒总数的40%～50%,之后随着应变量的增加,孪晶变形晶粒数不再明显增加,多晶Be良好的压缩塑性主要是滑移变形的贡献。单轴拉伸/压缩应力状态下,多晶Be的孪晶变形不易导致微裂纹的萌生。     

微量氧含量对Ti-3Zr合金微观组织与力学性能的影响

通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、金相显微镜、透射电子显微镜、万能试验机以及维氏硬度计讨论了微量氧含量对Ti-3Zr合金相变温度、显微组织及力学性能的影响规律。实验结果表明,随着氧含量的增加,Ti-3Zr-xO合金的相变温度逐渐升高;合金的显微组织变化较大,由魏氏体组织转变成网篮状组织后又形成双态组织最后形成等轴状组织;合金的抗拉强度和屈服强度受氧元素固溶强化的影响均随着氧含量的增加而显著增加;合金的塑性整体上呈现下降的趋势,Ti-3Zr-0.05O合金由于其亚结构中存在一定数量的位错胞和超细晶,导致其塑性低于相邻成分的合金,而Ti-3Zr-0.25O合金的塑性受纳米孪晶增韧机制的影响显著提高。Ti-3Zr-0.25O合金具有最佳的综合力学性能。     

CoCrNiAl0.1Si0.1中熵合金动态力学响应及其变形机制研究

通过真空电弧熔炼炉制备了CoCrNiAl_0.1Si_0.1中熵合金(MEAs)，采用INSTRON拉伸试验机和霍普金森拉杆(SHTB)进行了准静态和动态拉伸实验。力学测试结果表明随着应变速率的提高，合金的屈服强度和塑性明显提高，表现出显著的正应变速率强化效应，并且在高应变速率时具有很强的应变率敏感性，这归因于热激活位错机制和粘性阻尼机制的作用。利用X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)对变形前后试样的晶体结构和微观组织进行分析，结果显示，合金在变形前为单相面心立方(fcc)结构，具有随机取向的完全再结晶显微组织。变形后的试样具有强烈<111>织构择优取向，并产生高密度位错和大量变形孪晶，动态加载下具更加致密的孪晶分布。变形孪晶起到诱导塑性，提供强的加工硬化的能力，这是目前合金在动态拉伸下表现出优异的强度塑性结合的主要原因。采用Johnson-Cook (J-C)塑性本构模型拟合合金的动态流动应力，模型拟合与实验结果符合的较好。     

30Mn20Al3无磁钢加工硬化行为和组织变化

研究了30Mn20Al3无磁钢冷轧板经1000和800℃固溶处理10 min后的拉伸变形加工硬化行为和组织结构变化.结果表明:该钢的加工硬化速率在不同变形阶段随真应变的变化呈现不同的规律,加工硬化指数随真应变增加而增加.OM和TEM观察显示,变形量小时,滑移为主要变形机制;变形量增大,变形机制以形变孪晶与位错及形变孪晶之间的交互作用为主;1 000℃固溶处理的晶粒尺寸较800℃大,变形过程中产生的形变孪晶较多,且随着变形量增加,形变孪晶可持续形成,增大了TWIP效应;晶粒尺寸减小使变形过程中的形变孪晶产生的临界应力增大,抑制形变孪晶的产生,从而减小了TWIP效应.     

时效对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金组织与拉伸性能的影响

研究了时效对一种新型Ti-6Cr-5Mo-5V-4A1合金组织与拉伸性能的影响.研究发现:Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金在α/β固溶+时效处理后的典型组织为:β晶粒破碎,β晶界处有连续和不连续的项链状初生α相,晶内有不连续的球状初生α相及时效过程析出纵横交错的细小次生α相β固溶+时效处理后的典型组织为:等轴β晶...     

Fe-22Mn-5Al-0.38C-0.55Si合金的微观组织及力学性能

为了研究铝和硅质量分数更高的合金,利用真空感应炉对高锰和高铝合金进行熔炼,并且对合金的拉伸性能、微观组织、断口形貌和夹杂物特征进行了分析,并对其强化机理进行了讨论。发现该合金为奥氏体-铁素体双相组织,其抗拉强度为856.2MPa,伸长率为52.3%,强塑积为44.78GPa·%。并且在拉伸后的样品中发现了变形孪晶,其强化机理为孪晶诱导塑性(TWIP)效应。     

单相亚稳β组织的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金的热变形机制

<正>Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金是一种高强近β型钛合金,该合金兼具良好的加工性能和力学性能,已被用于制造大型航空部件。日本研究人员基于组织演变和加工图技术,对原始组织为单相β等轴晶的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金的热变形机制进行了研究。实验温度分别为600、700、800、900、1 000、1 100℃,应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1、     

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。     

Ti-55531近β钛合金轧板拉伸性能各向异性研究

将针片状组织的近β钛合金Ti-55531在750℃热轧成板材,变形量为80%。通过微观组织及宏观织构分析,研究了Ti-55531合金轧板塑性及极限抗拉强度的各向异性。结果表明,Ti-55531合金轧板内的α相垂直于受力方向分布,并且存在明显的α相织构,其主要织构类型为■、■和■。α相的取向性使得沿轧向(RD)拉伸时的裂纹扩展阻力大于沿横向(TD)拉伸,从而具有更好的塑性。宏观织构造成沿RD和TD方向拉伸滑移系和孪晶的启动存在明显的差异,样品沿RD方向拉伸时,柱面滑移系占主导;样品沿TD方向拉伸时,基面滑移系占主导,孪晶更容易产生,从而导致沿TD方向拉伸时具有更高的极限抗拉强度。     

多向等温锻造Ti-44Al-4Nb-1.5Cr-0.5Mo-0.1B-0.1Y合金高温压缩变形行为研究

采用扫描电子显微镜(SEM)/电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等技术,研究经二步等温锻造得到的Ti-44Al-4Nb-1.5Cr-0.5Mo-0.1B-0.1Y(原子分数)合金单向高温压缩变形行为,揭示该合金变形过程中的组织演变及其变形机理。研究结果表明,该合金中的α2相在等温锻造及随后的单向高温压缩过程中大部分转变为B2相和γ相;高温变形过程中γ相主要细化机理为动态再结晶,而B2相则为动态回复;孪生及其交互作用是重要的变形机理,孪晶界促进了非连续动态再结晶,从而有助于细化晶粒。     

Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金热压缩变形流变应力行为与微观组织演变的研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金进行了等温恒应变速率压缩试验,研究了在变形温度为950~1 100℃,应变速率为0.001~1 s-1,最大变形程度为50%的条件下合金的热压缩变形流变应力行为与微观组织演变。结果表明:Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的流变应力对变形温度和应变速率均较为敏感,其流变应力曲线具有应力峰值、流变软化和稳态流变的特征。在变形温度为950℃,应变速率为0.001~0.1 s-1的条件下,Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的热变形特性为片层组织球化,其热变形机制可用晶界分离球化模型进行解释说明;在变形温度为1 000~1 100℃,应变速率为1 s-1的条件下,材料只发生了动态回复现象;在变形温度为1 050~1 100℃,应变速率为0.001~0.1 s-1的条件下,材料发生了动态再结晶现象。     

含Sc铝镁合金的超塑变形机制

采用透射电镜研究了含微量Ｓｃ元素的ＡｌＭｇ合金在超塑变形过程中的显微组织和位错行为。结果表明：合金在超塑变形过程中发生了四个连续过程：①动态再结晶；②晶界向晶内激发位错；③位错在晶内密集并且受到第二相Ａｌ３Ｓｃ质点的阻碍作用，同时通过攀移越过晶内弥散分布的Ａｌ３Ｓｃ粒子；④位错向晶界运动并在晶界处消失。动态再结晶是合金在超塑变形中存在的组织效应，起到了细化晶粒，诱发微细晶超塑性的作用。该合金超塑变形的主要机制为晶界滑动伴随晶内位错运动     

碳含量对Fe-Mn-Cu-C系TWIP钢组织和力学性能的影响

 采用真空熔炼法制备Fe-20Mn-3.0Cu-XC系高强度高塑性合金钢,通过X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）和透射电子显微镜（TEM）观察方法研究了碳含量对该系列合金微观组织和力学性能的影响,分析了合金的拉伸变形微观机制。结果表明：Fe-20Mn-3.0Cu-XC系合金拉伸变形前后均为单相奥氏体组织,未发生马氏体相变。随着碳质量分数的增加,合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率均显著提高。Fe-20Mn-3.0Cu-1.41C合金的屈服强度为501.62MPa,抗拉强度为1178.4MPa,具有优异的综合力学性能。Fe-20Mn-3.0Cu-XC系合金具有优异的应变硬化能力。随着碳质量分数增大至1.41%,最大应变硬化指数n值达到0.782。Fe-20Mn-3.0Cu-XC系合金拉伸变形过程中,TWIP效应是主要的塑性变形机制,大量位错的塞积、形变孪晶的形成以及位错与孪晶间的交互作用共同引起材料强度和塑性的提高。     

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.     

高锰合金钢的SME、TRIP、TWIP效应

 由于锰的价格低廉以及在材料中的重要作用而成为钢铁工业常用的合金元素。锰含量高时,可使Fe Mn合金形成的奥氏体在较低温度下存在。加入Si、Al元素可对合金中奥氏体的稳定性产生不同程度的影响,从而使材料在承受外界载荷时呈现出不同的反应。研究表明：Si可降低奥氏体层错能,有利于A→ε M相变,从而使合金易产生形状记忆效应。加大变形量,由于大量的奥氏体转变为α′ M时体积膨胀,在使材料伸长率提高的同时,强度也得到提高(相变诱发塑性效应),因此可用作高性能结构件。Al和Mn是提高奥氏体层错能的合金元素。对于Al、Mn含量高的钢,在外力作用下则可通过孪生诱发塑性变形产生孪晶诱发塑性效应,因而材料在具有较高强度的前提下,还具有60%~80%的伸长率。     

铜含量对高碳TWIP钢组织和力学性能的影响

 采用真空熔炼法制备了Fe-20Mn-XCu-1.3C系高强度高塑性合金钢。通过单向拉伸试验和OM观察,研究了铜含量的变化对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：Fe-20Mn-XCu-1.3C系合金拉伸变形前后均为单相奥氏体组织。随着铜含量的增加,合金的屈服强度和伸长率提高,而抗拉强度降低,Fe-20Mn-3.0Cu-1.3C合金的抗拉强度为1256MPa,伸长率为77.6%,强塑积达到97465.6MPa·%,具有优异的综合力学性能。铜含量的增加提高合金的层错能,推迟了变形过程中孪晶的形成并降低了孪晶的形成速率,使位错滑移更容易发生。Fe-20Mn-XCu-1.2C系合金具有较高的加工硬化速率水平,其加工硬化速率随着铜含量的增加而降低。