应变速率对DP780钢动态拉伸变形行为的影响

利用电液伺服高速试验机对DP780钢进行不同应变速率下的拉伸变形,结合SEM和TEM等手段,研究了应变速率对DP780钢拉伸性能及变形行为的影响规律及机制.结果表明,在较低应变速率(<10⁰ s^-1)条件下,随应变速率增加,DP780钢的强度、塑性等力学性能均未见显著变化.当应变速率超过10¹ s^-1后,DP780钢的强度和应变硬化指数n明显提高;塑性在3×10¹-5×10² s^-1范围内出现大幅度增加的现象.高应变速率的变形过程中,铁素体基体中位错运动速度加快,导致"近程阻力"增大,使DP780钢的变形抗力随应变速率的增加而增大.在应变速率达到3×10¹ s^-1之后,铁素体中可动位错数量的大幅度提高,是DP780钢均匀伸长率和断后伸长率在3×10¹-5×10² s^-1范围内得以明显增加的主要原因.DP780钢中的铁素体/马氏体界面是塑性变形过程中位错塞积、微裂纹形核及扩展的主要位置,而随应变速率的增加,铁素体基体中的形变强化程度增大,可降低铁素体基体与铁素体/马氏体界面之间塑性应变能差异,延缓铁素体/马氏体界面处微裂纹的形成和扩展,一定程度上提高了DP780钢非均匀塑性变形能力.     

超轻β固溶体Mg-11Li-3Zn合金的准超塑性与变形机理

采用铸造和轧制的方法获得了1.2 mm厚密度为1.43 g/cm³的超轻Mg-11Li-3Zn合金板材,在573 K和1.67×10^-2s^-1条件下拉伸获得了200%的延伸率,其在高应变速率下呈现准超塑性;在拉伸过程中试样发生显著的动态再结晶导致晶粒细化,晶粒尺寸由平均27μm减小到9μm;此条件下的应力指数为4.4,流动激活能112.6 kJ/mol.分析表明,573 K和1.67×10^-2s^-1条件下试样拉伸过程中的变形机理为晶格扩散控制的位错攀移.     

高速冲击拉伸条件下TWIP钢的力学性能

采用气动式间接杆杆型冲击拉伸试验装置对5种不同成分的TWIP钢在10^2～10^3 s^-1应变速率范围内的动态拉伸变形行为进行了研究,并和静态拉伸性能作了比较。结果表明：随应变速率的提高,材料动态条件下的抗拉强度、断裂延伸率和能量吸收值均显著增加,均匀延伸率略有提高。TWIP钢在形变过程中产生形变孪晶显著改善了材料的塑性,因此在高应变速率下的延伸率仍较好。     

高速冲击拉伸条件下TWIP钢的力学性能

采用气动式间接杆杆型冲击拉伸试验装置对5种不同成分的TWIP钢在102～103s-1应变速率范围内的动态拉伸变形行为进行了研究,并和静态拉伸性能作了比较.结果表明:随应变速率的提高,材料动态条件下的抗拉强度、断裂延伸率和能量吸收值均显著增加,均匀延伸率略有提高.TWIP钢在形变过程中产生形变孪晶显著改善了材料的塑性,因此在高应变速率下的延伸率仍较好.     

TWIP钢的组织与力学性能研究

采用金相、静态拉伸试验方法研究了5种不同锰含量的TWIP钢的组织和力学性能。结果表明,5种钢的屈服强度随应变率的增大而提高,最大屈服强度可达280MPa;抗拉强度随应变率的增大而略有降低,最高抗拉强度超过1000MPa;1#钢的断裂延伸率和强塑积随应变率的增大而提高,其它4种成分钢的断裂延伸率和强塑积随应变率的增大而减小。1#钢只具形变诱发马氏体相变,不出现孪晶;而2#-5#钢具TWIP效应,其中3#钢的最大延伸率可达75%,强塑积最高可达45000MPa（%）。TWIP钢拉伸前组织中有退火孪晶,变形过程中产生大量的形变孪晶,孪晶诱导塑性,从而推迟了颈缩的产生,导致很高的均匀变形能力。     

Er、Zr微合金化5083铝合金的超塑性

针对5E83合金(Er、Zr微合金化5083合金),采用超塑性拉伸试验、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM),探究了Er、Zr微合金元素、晶粒尺寸、变形温度、应变速率对合金超塑性的影响。通过再结晶退火、空冷和水冷的搅拌摩擦加工(FSP),分别获得了晶粒尺寸为7.4、5.2、3.4μm的完全再结晶组织,作为初始状态进行超塑性拉伸。结果表明,初始晶粒尺寸越细小,超塑性伸长率越高。当晶粒尺寸>5μm时,超塑性变形过程晶粒粗化缓慢,细化初始晶粒可显著提高超塑性;而当晶粒尺寸<5μm时,超塑性变形过程晶粒粗化严重,进一步细化初始晶粒对超塑性的提高有限。不同变形温度、应变速率的超塑性拉伸结果显示在变形温度为450～540℃、应变速率为1.67×10^-4～1.67×10^-1 s^-1,超塑性伸长率随变形温度和应变速率的提高呈现先上升后下降再上升的趋势;变形温度为520℃、应变速率为1.67×10^-3 s^-1条件下,水冷FSP态合金获得最大伸长率330%...     

细晶1420铝锂合金超塑变形行为

通过单轴超塑性拉伸试验,研究细晶1420铝锂合金在440℃⁵00℃温度范围和1×10-4s-1500℃温度范围和1×10-4s-1¹×10-2s-1初始应变速率范围内的超塑性变形行为,揭示其变形性能与工艺参数的相关性。结果表明,细晶1420铝锂合金超塑变形真应力-真应变曲线呈现两种典型的流变特征,即当变形初始应变速率低于0.0003s-1时,表现为稳态型;当初始应变速率高于0.0003s-1时,以软化型为主,且随着变形温度的升高和应变速率的降低,峰值应力降低。合金的最佳超塑性变形条件为480℃、1×10-4s-1,在该条件下,延伸率达到550%。随着应变速率的升高,延伸率降低;随变形温度的升高,延伸率则呈先升高后降低的趋势。利用多试样法进行线性拟合,获得试验条件下细晶1420铝锂合金的应变速率敏感性指数m值在0.411×10-2s-1初始应变速率范围内的超塑性变形行为,揭示其变形性能与工艺参数的相关性。结果表明,细晶1420铝锂合金超塑变形真应力-真应变曲线呈现两种典型的流变特征,即当变形初始应变速率低于0.0003s-1时,表现为稳态型;当初始应变速率高于0.0003s-1时,以软化型为主,且随着变形温度的升高和应变速率的降低,峰值应力降低。合金的最佳超塑性变形条件为480℃、1×10-4s-1,在该条件下,延伸率达到550%。随着应变速率的升高,延伸率降低;随变形温度的升高,延伸率则呈先升高后降低的趋势。利用多试样法进行线性拟合,获得试验条件下细晶1420铝锂合金的应变速率敏感性指数m值在0.41⁰.48范围内,超塑变形激活能Q在43.5kJ/mol0.48范围内,超塑变形激活能Q在43.5kJ/mol⁷9.7kJ/mol范围内。     

Ti-22Al-25Nb合金板材高温拉伸变形行为的本构模型

在1203～1283 K的温度范围内,以20 K的温度间隔对O相Ti-22Al-25Nb合金进行了等温单向拉伸试验,应变速率为2.5×10^-4、5.0×10^-4、1×10^-3、2×10^-3、4×10^-3、1×10^-2和5×10^-2 s^-1,并对不同变形温度下的试样组织进行了表征。通过实验结果,确定了本构模型的材料常数;α₂+B2/β+O三相区(1203～1243 K)和α₂+B2两相区(1243～1283 K)的拉伸变形激活能分别为845 165和412 779 J/mol。构建了Arrhenius本构模型来描述Ti-22Al-25Nb合金在不同温度下的拉伸变形行为。     

长期时效对GH4169合金动态拉伸变形行为的影响

研究了长期时效对GH4169合金的显微组织和动态拉伸性能及变形行为的影响规律及机制.结果表明,应变速率为10¹—10² s^-1时,合金强度受时效时间影响显著,断裂延伸率随时效时间的延长呈降低趋势,在时效500 h后基本保持不变;高应变速率(10³ s^-1)条件下,长期时效对合金强度无明显影响,而断裂延伸率受时效时间的影响显著,长期时效造成的合金塑性劣化现象提前发生.高应变速率变形过程中,位错运动受阻来不及释放,在时效0—1000 h范围内,合金未出现强化相峰值尺寸效应,强度受时效时间的影响并不明显.长期时效后GH4169合金晶界δ相附近无析出带的产生,导致动态载荷下晶界塑性变形的协调能力降低,应变速率为10³ s^-1时,合金塑性在短时间时效后迅速下降.     

挤压成形AZ31镁合金的低温超塑性变形

利用挤压成形工艺在300 ℃下将AZ31镁合金铸锭挤制为细晶板材,将制成的拉伸试样在250 ℃下分别以不同的应变速率进行等应变速率拉伸,研究了试样的超塑性变形性能,采用光学显微镜和扫描电镜分别观察了变形后试样的显微组织和断口形貌。研究结果表明,在250 ℃和2×10^-2 s^-1应变速率下,AZ31镁合金试样的伸长率达到了290%,实现了较低温度和较高应变速率下的超塑性变形,有利于节约能源和提高效率;在250 ℃下以2.5×10^-4 s^-1应变速率进行拉伸变形,试样的伸长率最大,达到了390%,最大伸长率下AZ31镁合金的显微组织显示,变形后试样的晶粒仍保持等轴状,但晶粒尺寸比原始晶粒增大约一倍,试样断口形貌表现为典型的韧窝型穿晶断裂特征。     

Positive Strain Rate Sensitivity and Deformation Behavior of a Fe-29Mn-3Al-3Si TWIP Steel

The Fe-29Mn-3Al-3Si twin-induced plasticity (TWIP) steel is used to conduct quasi-static compression and dynamic impact deformation with strain rates ranging from 8.3 × 10^-4 to 3800 s^-1. The microstructures and properties of deformed samples under different strain rates were investigated comparatively. These results show that positive strain rate sensitivity was observed with the increase in strain rates and that there was a significant difference in strain rate sensitivity factor (ṁ) between quasi-static compression (ṁ = 0.029) and dynamic impact deformation (ṁ = 0.190). Compared to the quasi-static compression, the dynamic impact deformation exhibited higher yield strength. Microstructural examination reveals that the primary twins were frequently found during the quasi-static compression process, and the secondary twins were rarely observed. However, the secondary and multi-fold deformation twins were florescent in the dynamic impact samples. At the initial stage of dynamic impact deformation, partial dislocations and staking faults on multiple conjugate {111} planes were simultaneously activated and produced a large number of Lomer-Cottrell dislocations, resulting in a large increase in yield strength during dynamic impact.     

Effect of Manganese Content on Tensile Deformation Behavior of Fe-Mn-C TWIP SteelsEI北大核心CSCD

Twinning-induced plasticity (TWIP) steels exhibit excellent mechanical properties including high tensile strength and good plasticity owing to their high strain-hardening rate. The high strain-hardening rate results mainly from deformation twinning; in addition, plane slip and dynamic strain ageing also have some contribution to strain-hardening rate. Until now, the influences of some alloy elements such as C, Al and Si on tensile properties of Fe-Mn-C based TWIP steels have received much attention. However, the effect of Mn content on the microstructure and tensile properties of twinning-dominated Fe-Mn-C TWIP steels is still not clear. In this work, the microstructure, tensile properties and strain hardening behavior of two Fe-Mn-C TWIP steels (Fe-13Mn-1.0C and Fe-22Mn-1.0C, mass fraction, %) were studied by using OM, TEM, SEM-EBSD and monotonic tensile tests. The results show that the yield and tensile strengths of the steel decrease while the elongation to fracture increases with the increase of Mn content. At low tensile strains, the increase of Mn content delays the formation of deformation twins. However, at higher strain level, the deformation twinning rate becomes higher and hence more deformation twins are produced in the steel with higher Mn content than that in the steel with lower Mn content. Furthermore, the thickness of deformation twins increases with increasing the Mn content. The twinning and tensile deformation behavior in the two steels are also discussed.     

高锰TRIP/TWIP效应共生钢高速变形过程中的组织演变及变形行为

对18Mn-3Al-3Si和21Mn-3Al-3Si高锰TRIP/TWIP效应共生钢动态变形过程中的变形行为,应变硬化速率、真应力和应变硬化指数随真应变的变化,以及应变硬化和基体软化间的相互作用等进行了研究,采用OM,SEM,TEM和XRD等方法对变形前后的组织进行了分析.结果表明,高应变速率下,TRIP/TWIP效应共生钢应变诱发相变途径为γ→ε→α;高速变形对滑移的抑制、奥氏体向马氏体的相变和形变孪晶对奥氏体晶粒的细化是应变硬化的主要因素;造成基体软化的原因是绝热温升效应、ε→γ的逆相变和孪晶的动态再结晶.     

Extended strain hardening by a sequential operation of twinning induced plasticity and transformation induced plasticity in a low Ni duplex stainless steel

Extended strain hardening was realized by a sequential operation of twinning induced plasticity (TWIP) followed by transformation induced plasticity (TRIP) in a Fe-20Cr-3Mn-2Cu-1Ni-1Si-0.2N duplex stainless steel (DSS). As a result, the present DSS exhibited an excellent combination of strength — ductility of 900 MPa which was 75% superior to that of conventional DSSs. The deformed microstructures of the present DSS revealed that strain induced martensite (SIM) causing TRIP primarily nucleated at intersections of mechanical twins without formation of ε martensite which is an intermediate phase during SIM transformation. In addition, the sequential operation of TWIP-TRIP enables strain hardening to be extended to higher strains compared to the operation of TWIP alone.     

Mg-4Zn-2Y合金的高温拉伸流变本构关系

通过对轧制态Mg-4Zn-2Y合金在不同热变形温度以及应变速率下进行高温拉伸试验,研究了Mg-4Zn-2Y合金在不同工艺参数下进行热变形时流变应力的变化规律,并绘制了热加工图。结果表明,流变应力与变形温度以及应变速率均有关系,热变形温度不变时,材料的最大流变应力会随着应变速率的提高而增大;在应变速率不变时,材料的最大流变应力随着变形温度的升高会逐渐下降。采用双曲正弦修正的本构模型确定了轧制态Mg-4Zn-2Y合金的变形激活能Q=242 233.2 J·mol^-1,应力指数n=8.09。通过热加工图确定了Mg-4Zn-2Y合金的可加工区域为472.15~545.00 K,10^-3~10^-4 s^-1和545.00~672.15 K,10^-4~10^-1 s^-1。     

1000 MPa级高破碎性钢的动态本构模型

利用SEM、霍普金森杆和拉伸试验机等仪器对3种1000 MPa级高破碎性钢的组织、静态和动态力学性能进行了研究,并拟合了Johnson-Cook动态本构模型。结果表明:3种试验钢均有明显的应变硬化特征,应变速率由0.001 s^-1提高至8000 s^-1时,1号钢的屈服强度增加546 MPa;2号钢的屈服强度增加434 MPa;3号钢的屈服强度增加667 MPa。3种试验钢也存在明显的温度效应,1号 钢微观组织中未溶碳化物的存在使晶格阻力增大,有效的阻碍了位错运动,500 ℃高温条件下,1号钢的屈服强度为450 MPa,明显高于2号钢和3号钢的屈服强度330 MPa和310 MPa。3种高破碎性试验钢的 Johnson-Cook 方程分别为:σe=(1008+1309.04(εp)^{0.679 97})(1+0.1498lnε·^*)(1-T^{*1.188 53});σe=(1000+1214.321(εp)^0.6112)(1+0.480 15lnε·^*)(1-T^{*1.263 05});σe=(1008+1334.871(εp)^{0.610 88})(1+0.116 18lnε·^*)(1-T^{*0.992 47})。     

中锰钢ART工艺C、Mn元素配分的热力学研究

利用Thermo-Calc软件对0.1C-7.2Mn中锰钢奥氏体逆转变 (Austenite reverted transformation,ART)过程中C、Mn元素配分的热力学过程进行模拟,并根据结果进行了ART工艺的热处理试验。热力学计算和试验结果表明,当退火温度为640 ℃时,C、Mn在奥氏体中含量均高于680 ℃时的含量,在配分初始阶段,C在奥氏体中的质量分数迅速达到最高点0.87%,在由Mn元素控制界面移动的过程中,Mn在奥氏体中的质量分数接近10%;C原子配分控制的界面移动平均速率达2.5×10^-4 m·s^-1,主导的界面迁移占总迁移距离的46.9%;而由Mn元素配分控制的界面移动速率仅为2.5×10^-12 m·s^-1,迁移距离占总迁移距离的53.1%;当试样在640 ℃保温30 min时,残留奥氏体的体积分数达到36.5%,抗拉强度为1041 MPa,并且强塑积达到24.36 GPa·%。     

2507超级双相不锈钢的流变应力本构关系及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了热变形温度为950~1200 ℃、应变速率为 0.01~10 s^-1条件下2507超级双相不锈钢的热压缩变形行为,并借助光学显微镜观察了不同变形过程中的微观组织演化。基于试验数据分析,建立2507超级双相不锈钢的流变应力本构关系及热加工图。结果表明:流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而逐渐降低,在高应变速率下,流变曲线出现“类屈服平台”。试验钢的热变形激活能为414.57 kJ·mol^-1,应力指数为4.18,峰值应力本构方程为ε·=3.69×10¹⁵[sinh(0.0101σ)]^4.18exp-414.57RT,根据微观组织分析及热加工图确定出试验钢的最佳热加工区域为热压缩温度1060~1120 ℃,应变速率0.01~0.1 s^-1。