表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响

通过SMAT技术实现了工业纯钛表面纳米化,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析技术对表面纳米结构层进行了表征,对比研究了工业纯钛和经SMAT处理表面纳米化工业纯钛的拉伸性能,讨论了表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响。结果表明:经SMAT处理后,由于表面纳米晶的形成和变形层中高密度的孪晶与位错共同的作用,工业纯钛的屈服强度、抗拉强度提高而伸长率降低。试样经SMAT处理后,沿处理面到中心晶粒尺寸不同,使得SMAT试样拉伸断裂后处理面与中心的断裂类型不同,表面纳米晶层和亚晶层的断裂主要是滑移分离断裂,而基体粗晶部分断裂为微孔聚集型断裂。     

立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响

以超细WC粉末为原料,采用低压预烧结和梯度烧结两步法制备了超细晶梯度硬质合金。通过添加不同的立方相,研究了立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响。结果表明,仅添加Ti(C,N)可以形成较厚的梯度层,但梯度烧结后WC晶粒尺寸有较大的增长。(W,Ti)C和(Nb,Ta)C的加入不利于较厚梯度层的形成,但在梯度烧结过程中可以抑制WC晶粒的生长。添加(Ti,W)C的合金在梯度烧结后出现了少量尺寸大于1μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好地抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

常温下超细晶纯钛的制备及其力学性能

在等径通道角挤压法(ECAP)的基础上,通过对挤压试样的设计,提出一种铜包裹着钛棒的ECAP法,最终成功地制备了1、2、4道次超细晶钛,采用这种方法可以在很小的挤压力下实现UFG-Ti的制备。不但有效抑制了钛棒的碎裂,还避免了挤压杆失稳。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察了各道次UFG-Ti的微观组织,并利用显微硬度计研究了其硬度变化。利用万能试验机和SHPB系统在不同应变率下进行了压缩试验。结果表明,常温下ECAP处理后纯钛的晶粒明显细化,力学性能显著提高,在准静态和动态压缩载荷作用下其流动应力(10%应变处)分别提升了71%和86%。最后研究了UFG-Ti的应变率敏感性,发现UFG-Ti的流动应力对应变率具有较低的依赖性。     

AZ31镁合金在表面机械研磨过程中组织的演变

通过表面机械研磨处理(SMAT),在平行于轧面的AZ31镁合金试样表层中产生了纳米级晶粒。采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和纳米压痕仪等设备分析了经过SMAT处理后的AZ31镁合金试样的微观组织和力学性能。OM观察表明,SMAT处理后,AZ31镁合金形成了梯度组织结构; TEM观察表明,晶粒细化可归因于位错的运动和动态再结晶的发生。在距离表面较深的低应变区域,由于变形量小,位错缠结起到细化晶粒的作用。在亚微米晶层,由于应变量的增加,晶粒得到进一步的细化。在最表层,由于发生了再结晶,使晶粒得到更进一步细化,从而产生纳米晶层。EBSD分析表明,随着应变的增加,晶界取向差连续增加,说明旋转再结晶主导了晶粒的细化过程。纳米压痕硬度分析表明,由表及里硬度逐渐降低。     

表面机械研磨处理对纯铜棘轮行为的影响:宏微观试验与本构模拟

目的 通过金属表面纳米化试验机制备出梯度结构纯铜,提升纯铜材料的疲劳寿命,并揭示其背后的机理。方法 通过系统的宏观力学性能测试、微观组织表征以及本构模拟探究了表面机械研磨处理(Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT)对T2纯铜棘轮行为的影响。结果 循环变形试验结果表明SMAT纯铜样品的循环失效圈数明显多于未处理纯铜样品的循环圈数,且SMAT纯铜样品在循环过程中的累积塑性变形明显小于未处理纯铜样品的累积塑性变形,即棘轮应变明显小于未处理纯铜样品的棘轮应变。电子背散射衍射(Electron Back Scattered Diffraction,EBSD)和X射线衍射分析(X-Ray Diffraction,XRD)表征发现:经过SMAT后,材料的晶粒尺寸均呈现由处理表面到材料芯部逐渐减小的梯度分布。且SMAT时间越长,样品的总位错密度越大。此外,基于应变梯度塑性理论模型对SMAT前后纯铜的单拉及循环变形响应进行了有限元模拟,模拟结果显示累积塑性应变沿深度方向(SMAT冲击方向)呈梯度分布,最大几何必需位错密度以及最大等效应力均出现在模型的次表层。同时,当模拟的循环圈数相同时,代表SMAT样品的梯度结构模型的棘轮应变明显低于代表未处理样品的均匀模型的棘轮应变。结论 循环变形试验结果表明SMAT对于T2纯铜的棘轮应变有抑制作用,有限元模拟进一步揭示了SMAT对于棘轮应变的抑制效应以及背后的机理。     

表面机械研磨对5052铝合金表面纳米化与性能的影响

研究了表面机械研磨处理(SMAT)对传统轧制和连铸连轧5052铝合金显微组织、物相组成、硬度和拉伸性能的影响.结果表明:进行SMAT前,连铸连轧5052铝合金的晶粒尺寸(7μm)要小于传统轧制5052铝合金的晶粒尺寸(13μm);进行SMAT后,传统轧制和连铸连轧5052铝合金在表层均会形成细小的晶粒尺寸梯度分布,而且...     

金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响

表层梯度结构广泛应用于工程材料,经表面强化技术处理后,零件表层结构呈梯度分布,可以改善零件的服役能力.综述了金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响,从微观结构和力学性能的角度,结合非均匀材料中裂纹的扩展行为,考虑了微结构和力学性能之间的相互影响规律,分析了梯度结构中影响裂纹扩展的因素.经表面强化后,材料表面晶粒细化,晶粒尺寸沿纵深方向呈现梯度分布,改变裂纹萌生位置,同时对裂纹扩展起到阻碍,使零件疲劳寿命延长.梯度结构中金相组织由表层单一组织到芯部多相组织的转变,引起表层硬度和残余压应力向纵深方向逐渐减小,表面压应力可以减弱外力的作用,从而影响疲劳寿命.然而,梯度结构中微观组织和力学性能互相关联,像晶粒和位错能改变残余应力的分布,也会对裂纹扩展路径产生影响,如何定量表征他们的影响还有待进一步研究.     

具有梯度纳米/微米晶表层的工业纯钛变形和断裂机制（英文）

通过室温表面机械碾磨处理(SMGT),获得从表面到基体具有梯度纳米/微米尺度晶粒的纯钛试样。与未处理纯钛相比,经表面机械碾磨处理(SMGT-treated)的纯钛强度有所提高,塑性介于超细晶与粗晶纯钛之间。表面机械碾磨处理纯钛的拉伸应力-应变曲线具有双加工硬化指数特性;同时,随着应变的增加,其加工硬化率逐渐减小,初始屈服阶段的变形由梯度纳米/微米晶表层主导,后期变形由粗晶心部支配。断口形貌分析表明,表面机械碾磨处理纯钛的变形机制属于韧性断裂并伴有大量韧窝。基于裂纹尖端的塑性区尺寸分析可知,梯度纳米/微米晶表层由于具有较高的加工硬化指数及强度,使韧窝尺寸比粗晶心部的更加细小。     

TiO2纳米孔结构的XPS研究

采用表面机械研磨处理技术 (Surface mechanical attrition treatment,SMAT)在工业纯Ti的表面制备出一层厚度约30 mm纳米结构表层,最表层的平均晶粒尺寸约30 nm。随后在常温(25 ℃)下对其进行双氧水及400 ℃煅烧处理,并采用X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了逐层结构分析。结果表明,SMAT Ti表面与粗晶Ti表层形成的氧化层结构存在明显差别     

液氮下表面纳米化处理对纯铜力学性能的影响

通过改装表面机械研磨设备,在液氮下制备出纯铜表面纳米化样品。通过显微硬度仪、拉伸试验仪、光学显微镜对样品的硬度、拉伸强度、微观组织进行测试分析。结果表明,经过液氮表面纳米化处理的纯铜样品,表面形成了硬度及晶粒尺寸逐渐变化的梯度结构;经液氮表面机械研磨(LN-SAMT)处理后,材料屈服强度提高3倍,均匀伸长率略微降低;梯度层中存在大量孪晶;样品梯度层与粗晶基体的断口呈现两种不同形貌。     

表面机械研磨处理固溶Cu-2wt％Ti合金的特征和性能

采用表面机械研磨处理(SMAT)的方法在铜钛合金表面制备了纳米晶组织.采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度测试仪对SMAT试样的微观组织结构和性能进行了表征.实验结果表明:SMAT处理60 min后晶粒尺寸为30.5 nm.SMAT处理后,试样中出现了明显的分层现象及高密度的形变孪晶和交叉孪晶.SMAT处理后试样表面的硬度增大,沿深度成梯度分布.对SMAT试样进行时效处理后,表面硬度变化不大,但距表面40～50 μm之间的硬度明显增大.     

500MPa级超低碳Nb-Ti微合金钢板梯度结构制备及其低温韧性

采用超快冷返温轧制工艺制备了一种500 MPa级超低碳Nb-Ti微合金梯度结构钢板。利用全自动相变仪、微观硬度计、电子万能试验机、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等研究了梯度结构钢板组织演变规律及力学性能，并在-80～20℃下对钢板表层和心部进行了低温冲击试验。结果表明：钢板呈现出表层超细晶铁素体组织到心部粗晶铁素体组织的晶粒尺寸梯度变化。由于细晶强化的作用，钢板表层强度得到提升，屈服强度较心部增加41 MPa;表层的断后伸长率为35%,要高于心部的31%。表层晶粒细化和心部大量大角度晶界的存在使得钢板具有优异的低温韧性，-80℃下表层和心部的冲击吸收能量分别可以达到106和90 J。     

立方相对超细晶梯度硬质合金微观组织的影响

以超细WC粉末为原料,采用低压预烧结和梯度烧结两步法制备了超细晶梯度硬质合金。通过添加不同的立方相,研究了立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响。结果表明,仅添加Ti(C,N)可以形成较厚的梯度层,但梯度烧结后WC晶粒尺寸有较大的增长。(W,Ti)C和(Nb,Ta)C的加入不利于较厚梯度层的形成,但在梯度烧结过程中可以抑制WC晶粒的生长。添加(Ti,W)C的合金在梯度烧结后出现了少量尺寸大于1 μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好的抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

表面纳米化工业纯锆的显微组织与残余应力研究

对工业纯锆进行了不同时间的机械研磨处理(SMAT),利用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对试样表层平均晶粒尺寸和平均微观畸变进行了分析表征,采用光学显微镜(OM)观察了试样的横截面显微组织,利用X射线应力仪测试了试样距表面不同深度的宏观残余应力。结果表明,SMAT处理可以实现工业纯锆的表面纳米化,并且在试样的最表层形成了厚约10μm的纳米结构。试样表面平均微观畸变随着SMAT处理时间的增加逐渐增大,处理时间为60 min时,平均微观畸变约为0.41%。试样表层的宏观残余应力为压应力,且表层残余压应力由表面到基体先增大而后减小。随着处理时间的增加,试样表面残余压应力σsrs先增大而后减小;最大残余压应力σmrs先增大而后趋于稳定,约为–620 MPa;最大残余压应力距表面的距离Zm和残余压应力场深度Z0均逐渐增大。     

表面机械研磨处理对316L不锈钢组织和性能的影响

对2.8mm厚的316L不锈钢板的上下表层进行机械研磨处理(SMAT),对经过不同时间的SMAT后的样品的表层组织进行金相观察,并测量SMAT不同时间的样品的硬度、抗拉强度.结果表明,经过表面机械研磨处理不同时间后,在316L不锈钢板表层获得了不同厚度的表面强化层,强化层组织为沿厚度方向由纳米晶层向微米晶层过渡的梯度组织;随着SMAT时间的增加,总的强化层厚度增加;表面组织的变化导致了表面硬度明显增加,整体材料的屈服强度增加;表面机械研磨处理时间对性能的影响并非线性增加,表面硬度和整体材料的屈服强度在处理5min时增加显著,处理时间继续增加到15、30和60min,它们的增加速度很小.拉伸断口表面形貌的扫描电镜观察表明,经过5min处理后的样品,表层的剪切唇变形区域面积增加,断口微观特征为长条状的韧窝,但是随着处理时间的增加,剪切唇区的尺寸并没有继续增加,而是开始下降,表面硬化区域的增加造成了塑性变形能力的下降.     

退火温度对SMAT处理Zr-4合金组织和性能的影响

利用XRD、OM、TEM及显微硬度测试等方法,研究了经表面机械研磨处理(SMAT)Zr-4合金在不同温度退火后组织和性能的变化。结果表明:当退火温度低于350℃时,梯度结构的变形组织与表层晶粒尺寸均未发生明显的变化,最表层显微硬度未变且沿层深方向的硬度分布与SMAT态一致;而当退火温度高于350℃时,随着温度的升高,表层组织发生了再结晶,晶粒尺寸增至3μm,晶粒长大及微观应力的释放使试样表层硬度明显下降。     

7075-T651铝合金表面纳米化处理及其强化机理

通过表面机械滚压处理(SMRT)方法实现了7075-T651铝合金表面的纳米化。电子背散射衍射(EBSD)研究表明,SMRT后的试样表层形成了梯度纳米层:表层纳米晶粒层厚度约为50μm,平均晶粒尺寸约为200 nm;亚表层变形晶粒层厚度约为450μm,平均晶粒尺寸约为2μm,母材呈现出典型的轧制晶粒特征,平均晶粒尺寸约为5μm。拉伸试验结果表明,SMRT后试样的强度得到了显著提高,塑韧性也没有明显下降。通过SMRT在材料的表层引入了梯度纳米结构,这种特殊结构具有较为优秀的强度和塑性的匹配,是力学性能提升的主要原因。     

剧烈塑性变形条件下工业纯钛晶粒细化机理研究

通过对工业纯钛表面机械研磨(SMAT)这种变形方式的结果和微观组织变化的研究,分析了工业纯钛的品粒细化机制,讨论了其他剧烈塑性变形技术无法制备出晶粒尺寸更小的纳米晶的原因.结果表明:对于工业纯钛,SMAT这种具有高的应变速率和多方向载荷的变形方式,有利于形成细小的纳米晶;同时高应变速率增加了位错滑移的临界分切应力.     

表面机械研磨处理后316L不锈钢的表层结构及硬度的热稳定性

对316L不锈钢进行表面机械研磨处理(SMAT),获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度组织．对SMAT前、后样品进行不同温度和时间的真空退火．结果表明：当退火温度低于0．5Tm(Tm为熔点)时,梯度组织中晶粒尺寸未发生明显变化,只是在表面纳米晶层及其相邻的亚微晶层上因残余应力释放而发生了马氏体相变,对应的硬度沿深度分布也未见明显的改变;当退火温度高于0．5Tm时,梯度组织发生回复和再结晶,加之残余应力大幅度下降,使硬度明显下降．与退火温度相比,退火时间对梯度组织和硬度的影响不大。     

冷轧及退火制备的超细晶粒双相Mn12Ni2MoTi(Al)钢

采用XRD,SEM,TEM,硬度测试和拉伸实验研究了冷轧Mn12Ni2Mo Ti(Al)钢经不同工艺退火后的显微组织及力学性能.结果表明,马氏体Mn12Ni2Mo Ti(Al)钢经65%冷轧及710~745℃退火处理后转变成主要由奥氏体晶粒和铁素体晶粒组成的亚微米级超细晶粒双相组织,并且弥散分布着第二相析出物颗粒;在退火中形成的富Ti,Mo及Si的第二相颗粒阻碍了超细再结晶晶粒的粗化,从而提高了钢的屈服强度和热稳定性;经710℃,24 h长时间退火后,超细晶粒双相钢的平均晶粒尺寸仍然小于500 nm;超细晶粒双相钢延伸率随室温奥氏体体积分数增加而增加,室温奥氏体体积分数随退火温度升高或退火时间延长先增加后降低,且在745℃,0.5 h退火时达到最大值.超细晶粒钢的屈服强度和总延伸率可达到900 MPa和23%以上,比同种材料淬火马氏体钢提高了约一倍.