累积叠轧制备Ti/Ni多层复合材料的组织演变与力学性能研究

本文以工业纯Ti、纯Ni板材为初始材料,采用累积叠轧法(ARB)制备出Ti/Ni多层复合板材料。利用扫描电镜、透射电镜、万能试验机、显微硬度仪对复合材料的组织、界面结构和力学性能进行观察和测试分析。结果表明：随着轧制道次的增加,复合材料中Ti层和Ni层显微组织细化明显,均匀程度提高,ARB5道次后,Ti、Ni层的平均晶粒尺寸分别为200 nm和300 nm;复合材料的抗拉强度、显微硬度和界面结合强度显著提高,ARB5道次后抗拉强度达到810 MPa,延伸率为24.4%,Ti、Ni层平均显微硬度分别为233 HV和229 HV。在ARB1-5道次轧制变形过程中,界面处无明显的原子扩散现象发生。     

累积叠轧制备Ni/Al多层复合材料

室温下采用累积叠轧(ARB)11道次制备了Ni/Al多层复合材料。对不同叠轧道次后复合材料的纵切面的显微组织进行了观察分析。结果表明,单道次叠轧后Ni层即剪切断裂成针叶状颗粒碎片。随着叠轧道次增加,Ni层逐渐减薄并断裂成越来越小的颗粒碎片。通过对Ni颗粒组成的Ni层平均厚度(THKA)进行粒度分析,建立了叠轧道次n与THKA之间的关系模型。     

累积叠轧Ni/Ti多层结构复合材料组织和性能的研究

在室温条件下对退火态的纯Ti、Ni进行了三道次的累积叠轧(ARB)试验,采用扫描电镜、光学显微镜和拉伸试验机研究了不同道次后材料的界面、微观组织和力学性能。结果表明:材料经3道次轧制后,界面平直且结合良好,镍和钛组织均被拉成纤维状;该复合材料的抗拉强度和显微硬度也显著提高,最高达到684 MPa和210 HV;该材料的拉伸断裂方式为韧性断裂。     

热处理工艺对累积叠轧Ti/Ni多层复合材料界面结构的影响

本文研究了热处理对累积叠轧6道次Ti/Ni多层复合箔材界面结构演变的影响。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对热处理后复合材料的界面结构、相组成、相结构及相变温度等进行测试分析。结果表明：随保温时间的增加,Ti/Ni界面扩散形成的不稳定化合物向稳定态转变,界面Ti、Ni两元素成分曲线由交叉陡变的阶梯状逐渐转为两条近平直的平行线。富Ti的Ti/Ni复合箔材在720℃经热处理后,随时间延长,材料组织从原始的层状结构最终转变为由稳态TiNi和Ti₂Ni两相组成的混合组织。保温时间小于10h时,材料中的TiNi是由具有复杂单斜结构的B19’和CsCl型结构的B2两种物相组成,大于10h时仅存在B19’相。在冷却/加热过程中,材料内部均发生马氏体(A→M/M→A)的可逆相变,并随保温时间的增加,其相变滞后(Ap-Mp)从1h的22.4℃增加到30h的31.9℃。     

累积叠轧制备层状铝基复合材料研究进展

铝基复合材料是工业中应用最广泛的有色金属结构材料。其中，层状铝基复合材料可以借助不同金属与铝合金直接构筑形成层状结构，从而表现出更优异的综合力学性能。累积叠轧(ARB)作为一种成熟的制备层状铝基复合材料的方法，因其设备要求简单、操作简便、易于工业化的优点而一直备受关注。本文综述了近几年累积叠轧制备铝基复合材料的研究现状，并对其发展趋势进行了分析和展望，指出了累积叠轧制备层状铝基复合材料今后的发展方向和研究重点。     

表面涂覆辅助叠轧制备SiC/Al层状复合材料的组织与力学性能

以硅溶胶搭载SiC增强体的混合浆料表面涂覆为辅助,采用层叠热轧工艺制备SiC+SiO_2sol-Al层状复合板,并对其显微组织与力学性能进行研究。结果表明,SiC+SiO_2sol-Al层状复合板界面结合良好,层间结合处SiC颗粒呈断续状均匀分布于铝箔基材间层,表面覆有SiO_2和微量Al_2O_3,这有利于界面载荷传递且使铝箔基材层的晶粒尺寸更细小和均匀。断裂机制为单相铝箔层韧性断裂与层间脱粘撕裂。与纯铝箔叠轧的纯Al层状复合板相比,其抗拉强度提高,伸长率下降。     

热处理对累积叠轧Ti/Ni叠层复合材料组织与性能的影响

研究了热处理对累积叠轧多层Ti/Ni复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明,钛层与镍层的再结晶温度均在500 ℃左右,并且首先在界面附近的组织发生静态再结晶形核与晶粒长大现象;经200 ℃×8 h退火处理后,复合板的强度与硬度均达到最高值,此时抗拉强度为691.5 MPa,钛、镍层平均硬度分别为198.8 HV0.1和226.5 HV0.1;经500 ℃×2 h退火后,复合板断后伸长率达到最高值59.7 %。     

热处理对累积叠轧制备Al/Mg/Al复合板材微观组织演变及力学性能的影响

利用累积复合轧制法制备出叠轧2道次的Al/Mg/Al复合板,然后在250℃真空环境下对复合板材板分别进行了保温时间10、60、120 min的退火处理,进一步利用金相显微镜和扫描电镜研究了其微观组织的演变过程,并且分析退火处理对力学性能的影响。结果表明,在叠轧过程中Al层和Mg层复合界面上会形成由Al_3Mg_2和Al_(12)Mg_(17)组成的中间相。随着退火保温时间的延长,中间相的厚度逐渐增加,平均厚度由13.1μm增加到15μm。在退火过程中Al层和Mg层发生了不连续再结晶。随保温时间的增加,复合板材的硬度先下降后增加。     

高温累积叠轧制备高性能多层铜/铝复合带材（英文）

通过高温累积叠轧方法制备多层铜/铝复合带材。为获得高的界面结合强度,在叠轧前分别加热铜、铝带材至350、400、450和500℃。采用拉伸试验评估其力学性能,通过光学显微镜和配备有能量色散光谱仪的扫描电子显微镜检测材料的显微组织。研究发现:随着轧制温度的升高,层状复合带材的极限拉应力、材料晶粒尺寸和扩散层厚度均增大。当轧制温度为400℃时,复合带材具有最高的延展性,但屈服应力最低。随着轧制温度进一步升高,屈服应力和极限拉应力均增加,但延性略有下降。低温累积叠轧和高温累积叠轧制备的层状复合材料的力学性能分别由晶粒尺寸和扩散层厚度决定。     

累积叠轧Mg/Al多层复合板材的织构演变及力学性能

以商业纯Mg和AA1050 Al板材为初始材料,采用累积叠轧技术在室温下进行不同轧制道次变形制备了Mg/Al多层复合板材料,并对3 cyc轧制的Mg/Al多层复合板材料在200℃分别进行不同时间退火处理.利用OM,SEM和中子衍射技术对微观组织和宏观织构进行了研究.结果表明,复合板材中Mg和Al层组织均随着循环次数的提高而细化;在200℃时随着退火时间的增加,晶粒逐渐均匀但没有明显长大.累积叠轧过程中Mg层主要呈现出典型的轧制织构类型,Al层则表现出以轧制织构组分为主,同时伴有剪切织构组分的混合织构类型.对于3 cyc轧制的Mg/Al多层复合板材,在200℃经不同时间退火后,Mg层依然为轧制织构类型,Al层为轧制织构与剪切织构组分混合.随着累积叠轧循环道次的增加,屈服强度和抗拉强度都逐渐上升.     

Ni/Al复合材料在累积叠轧制备过程中的组织演变和力学分析

通过累积叠轧冷焊接的方式成功制备了Ni/Al复合材料。结果表明:叠轧道次n对Ni组元厚度减薄的影响经历2个阶段:当叠轧道次n≤3时,Al层的变形受到层状结构整体性的抑制,从而使得Ni层和Al层接近等比例协调变形,Ni层的减薄率与复合材料整体减薄率接近相等;当叠轧道次n≥4时,硬质组元Ni颗粒弥散分布于Al组元中的"镶嵌效应",使得Ni层减薄率远低于叠轧压下率。发现可通过观察Ni层断裂角度的大小来判断Ni层的断裂顺序,Ni颗粒纵向尖端角度越小,则断裂越早。建立了叠轧道次对Ni层减薄率、镍铝接触度影响的关系方程。     

Ti/Ni多层复合材料界面扩散行为研究

针对累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层结构复合材料试样进行热处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析方法,对复合材料的显微组织、界面结构和扩散反应层厚度等进行观察分析,结合动力学理论研究了Ti/Ni界面的扩散行为。结果表明:试样经过累积叠轧5道次轧制后,Ti/Ni界面未发生扩散;在(550～750℃)/(0.5～8 h)热处理后,Ti/Ni界面发生扩散,扩散层厚度与保温时间呈幂函数关系,与加热温度呈指数关系;随着热处理温度的升高,Ti-Ni扩散层的生长方式由650℃以下的体扩散控制逐渐转变为晶界扩散控制。通过计算和验证得到采用累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层复合材料的Ti/Ni界面固相反应层生长动力学方程为:y=1.7043×10~4 exp(-78202/RT)t~(1.2009-0.0008T)。     

Ti/Ni多层复合材料界面扩散行为的研究

本文针对累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层结构复合材料试样进行热处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析方法,对复合材料的显微组织、界面结构和扩散反应层厚度等进行观察分析,结合动力学理论研究了Ti/Ni界面的扩散行为。研究结果表明：试样经过累积叠轧5道次轧制后,Ti/Ni界面未发生扩散;在(550 ℃-750 ℃)×(0.5 h-8 h)热处理后,Ti/Ni界面发生扩散,扩散层厚度与保温时间呈幂函数关系,与加热温度呈指数关系;随着热处理温度的升高,Ti-Ni扩散层的生长方式由650 ℃以下的体扩散控制逐渐转变为晶界扩散控制。通过计算和验证得到采用累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层复合材料的Ti/Ni界面固相反应层生长动力学方程为：y=1.7043*104*exp(-78202/RT) *t1.2009-0.0008T。     

石墨烯/Ti60复合材料组织与力学性能研究

石墨烯与Ti60合金粉末经过球磨混合后，采用放电等离子烧结法(SPS)制备出石墨烯/Ti60复合材料，并在900℃对其进行热轧加工。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜和万能试验机对烧结态与轧制态Ti60合金、石墨烯/Ti60复合材料的微观组织和力学性能进行分析。结果表明：添加质量分数为0.1%的石墨烯能够减小复合材料原始β相尺寸，增大α相尺寸。经热轧加工后，石墨烯/Ti60复合材料在室温、600℃和700℃的抗拉强度分别为1353.0、746.6和391.7 MPa,相比Ti60合金分别提高了9.24%、9.46%和2.99%。     

TiC/Ti层状复合材料组织与力学性能研究

为了平衡钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）的强度和延展性,通过电泳沉积将氧化石墨烯（graphene oxides, GOs）沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明,烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间的TiC的含量增加;复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度（UTS）为555 MPa,伸长率（δ）为15%;退火态材料的抗拉强度为568 MPa,伸长率为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。     

波纹辊和平辊轧制Ti/Cu/Ti层压复合材料的显微组织与力学性能（英文）

采用波纹辊和平辊轧制方法制备钛/铜/钛(Ti/Cu/Ti)层压复合板材料。通过扫描电镜、数值模拟、剥离和拉伸实验等方法研究层压复合板的显微组织和力学性能,对比分析波纹辊和平辊轧制效果。结果表明：波纹辊和平辊轧制的层压复合板在Ti层和Cu层界面处表现出不同的有效塑性应变分布。波纹辊轧制的层压复合板中,Ti层具有再结晶织构、棱柱面织构和棱锥面织构,Cu层形成高斯织构和剪切织构;而平辊轧制的层压复合板中,Ti层和Cu层均具有典型的变形织构。波纹辊轧制的层压复合板材料具有较高的结合强度、抗拉强度和延展性。     

高周期累积叠轧法制备Mg/Al多层复合材料

采用累积叠轧法(ARB)对Mg/Al多层板材进行高周期ARB变形,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了Mg/Al多层板材在ARB变形过程中的微观组织,并在拉伸试验机上测试板材的室温抗拉强度并通过扫描电子显微镜(SEM)观察拉伸试验后的断口形貌。结果表明,随着叠轧周期数的增加,Mg/Al多层复合材料层界面处生成并长大的金属间化合物明显细化,该化合物会逐渐呈连续多层状分布,同时也提高了层界面的结合程度。不过,Mg/Al多层复合材料的抗拉强度在叠轧过程中却呈现出不规则的变化趋势。     

累积叠轧焊多层铜基复合材料的强度预测

评价用累积叠轧焊(ARB)制备纳米结构Cu/Al/Ag多层复合材料的可行性,分析该复合材料的拉伸性能和电导率.利用强化机制和从X射线衍射获取的结构参数建立理论模型预测复合材料的抗拉强度.结果表明,随着ARB的进行,实验和计算得到的抗拉强度均有所提高,在第5个ARB循环时达到最大值,分别为450 MPa和510 MPa....     

轧制变形对网状结构TiB_w/Ti复合材料组织与力学性能的影响(英文)

通过反应热压技术成功制备出网状结构TiB晶须增强纯钛(TiBw/Ti)复合材料。原位合成的TiB晶须分布在大尺寸Ti基体颗粒周围形成网状结构。这种新型的网状结构TiBw/Ti复合材料表现出优异的综合力学性能。为了进一步改善力学性能及指导后续塑形变形加工,研究这种新型复合材料的轧制变形行为。结果表明:由于基体的形变强化,这种新型TiBw/Ti复合材料的强度可以通过轧制变形得到有效的提高,并且强度水平随着变形量的增加而增加。其中,通过轧制变形,可以使8.5%TiBw/Ti复合材料的强度从842MPa提高到 1030 MPa。需要指出的是,随着变形量的增加,TiB晶须的断裂程度也增加,这一点对复合材料的力学性能是不利的。     

累积叠轧对原位ZrB_2/6082Al复合材料组织和力学性能的影响

基于6082Al-K_2ZrF_6-KBF_4体系,通过熔体直接反应法制备原位纳米3wt%ZrB_2/6082Al复合材料,并在300℃下对其进行累积叠轧(ARB),获得了纳米相均匀分布的高性能铝基复合材料。OM、XRD、SEM和TEM分析表明,纳米增强体团簇被打碎,并随着道次的增加分布越来越均匀;其中析出相,比如Fe-Mn-Si相,也随着道次的增加逐渐被打碎并细化;复合材料的晶粒同时被极大地细化,经过9道次ARB,晶粒平均尺寸达到380 nm。拉伸试验表明,复合材料抗拉强度随着道次增加逐渐增大,最大为310 MPa,伸长率为15.8%,与6082Al基体相比,分别提高了138.5%和66.3%。