Mg-3.04Li-0.77Sc合金的高应变率变形局部化行为

利用Hopkinson压杆对固溶及固溶+时效处理状态的Mg-3.04Li-0.77Sc合金进行高应变率冲击压缩实验,研究了固溶和时效处理后该合金的高应变率变形行为。结果表明,随着应变率提高,固溶及固溶+时效态Mg 3.04Li-0.77Sc合金的动态变形表现为应变率弱化效应。固溶处理可增大合金的最大应变,而时效处理可显著提高该合金的动态屈服强度。组织分析表明,在高应变率冲击载荷下,固溶及固溶+时效态Mg-3.04Li-0.77Sc合金产生了明显的剪切变形局部化现象。热软化及其促使的变形局部化和微裂纹沿变形带产生并扩展是该合金动态变形表现为应变率弱化效应的主要原因。     

半连续铸造AZ31B镁合金连续热轧变形行为的数值模拟

在DEFORMTM软件平台上采用热/力耦合刚塑性有限元法,结合生产实际的压力加工工艺,对半连续铸造AZ31B镁合金11个道次的连续热轧变形过程中应力场、应变场与温度场的变化规律进行数值模拟.结果表明:变形过程中AZ31B镁合金变形体内的应力、应变和温度沿试样厚度方向分布不均匀.在该合金铸锭表面与轧辊接触的部位具有较高的应力,引起表面的应变增大,而铸锭中心部位的应力相对较小,应变也较小.在连续的每个道次的热轧过程中,轧辊与铸锭刚接触时接触部位的应力最大,轧制中期,应力变化不大,轧制后期应力明显减小;第9道次变形后,等效应变沿试样厚度方向分布变得较均匀;随着轧制道次的增加,变形区域内的应力逐渐增大.对比AZ31B合金样品多道次热轧行为的实验模拟和数值分析可知,实验结果与数值模拟结果能较好吻合,在较低应变速率(0.01,0.1s-1)条件下,合金的塑性变形流变应力随着道次的增加逐渐增大并出现一个稳态阶段;在较高应变速率(5,10s-1)条件下,变形的前3道次的加工硬化严重,随后有一个明显的道次间的退火软化阶段.     

强剪切对单层晶极薄带轧制变形行为的影响

为确定最优的极薄带轧制工艺,本研究深入分析了强剪切对轧制单层晶极薄带微观变形行为和晶体转动演化的影响。采用基于位错滑移机制的晶体塑性有限元模型进行模拟,最大异速比达到1.5。建立了晶粒取向随机分布的单层晶极薄带轧制模型,以探究少晶组织的晶界作用特性。结果表明：强剪切导致单层晶极薄带轧制微观变形和晶体转动表现出显著的局部化。强剪切促进了晶粒的剪切变形,使得晶界的协调变形能力增强。在轧制区施加强剪切变形,可使已启动滑移得到扩展,主滑移带缩窄分散形成新的次滑移带,滑移更加集中和各向异性。变形后晶粒取向主要绕箔材宽度方向发生转动和分散,强剪切使转动角度增大和分散点更加集中稳定。模拟表明强剪切严重影响单层晶极薄带轧制变形的各向异性,进而导致择优取向、滑移局部化以及非均匀应力-应变分布。     

强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切失效

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)加载装置,分别用200 mm和150 mm打击杆以28 m/s速度对Ti-6Al-4V合金帽形试样进行强迫剪切实验,利用OM、SEM、TEM等手段分析了强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带演化特征和高应变率剪切变形条件下的失效模式。结果表明,在本文所述实验条件下,Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带(ASB)表现为"白亮带";ASB的宽度随加载时间的延长而增加;ASB边缘的裂纹是由于ASB的变形与基体的不协调而产生的,ASB中心部位的裂纹是由于非晶形成而后破碎导致的。     

Mg-3Zn-2Gd合金轧制态和退火态的组织与力学性能

利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了热轧态及退火态Mg-3Zn-2Gd合金的组织,并测试了其室温拉伸力学性能。结果表明:合金板材经应变为23%~67%的轧制后组织得到细化,平均晶粒尺寸由10μm减至轧制应变为67%时的4μm。初始组织中的大量孪晶和剪切带逐渐减少;随着轧制应变增至67%,剪切带消失,组织由动态再结晶晶粒和少量孪晶组成。拉伸力学性能显著提高,抗拉强度σb和屈服强度σ0.2分别由未轧制时的255 MPa和215 MPa提高至轧制应变为67%时的305 MPa和300 MPa,而伸长率δ先提高后降低。再经573 K退火处理1 h后,合金组织发生静态再结晶,变形不均匀区域消失,由细小均匀等轴晶组成;σb和σ0.2分别降至265 MPa和235 MPa,δ提高至19.0%;拉伸断口呈现大量韧窝,表现为韧性断裂。     

20号钢高速变形时热塑剪切局部化的结构特征

本文报导了20号钢在 Hopkinson 扭转杆上以1500 s~(-1)高速变形时产生的热塑剪切局部化的微观结构特征。结果指出,在试样标距截面的变形区内分布着一些宽度约为50μm,间距为100μm 彼此平行的微细剪切带。变形区的平均应变为0.83而剪切带内的应变高达1.95。剪切带内组织结构损伤严重,主要表现在大量的微裂纹生核和聚合,剪切带内的位错密度很高,位错胞在与剪切带成一定角度方向上沿晶粒拉长方向排列。由于带内的高度变形,剪切中的晶粒严重变形而拉长并产生一定程度的碎化但还未出现非晶现象。     

复合成形轧制铜极薄带变形局部化的晶体塑性有限元模拟

随极薄带厚度的进一步减薄，轧制极薄带变形由于轧件厚度/晶粒尺寸比值小的尺寸效应和变形程度导致各向异性与局部化已完全不同于轧制厚件时的变形特性。采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机开展系列厚度铜极薄带的箔轧实验，结果表明复合成形轧制工艺和极薄带尺寸显著影响轧制力能参数与箔材质量。宏观有限元理论已不再适用出现这些新现象的极薄带轧制变形的建模。将嵌入初始晶粒形貌和取向等微观组织结构信息的介观晶体塑性有限元模型(CPFE)用于复合成形条件下铜极薄带轧制变形局部化的模拟与分析，指导箔轧工艺优化和提高箔材质量。晶粒层次的晶体塑性有限元模型，准确预测了单层晶铜极薄带轧制变形局部化的现象和趋势，模拟与实验的轧制力吻合较好，尤其是各向异性。随上下工作辊异速比的增大，箔材厚度方向剪切变形增强，变形带、滑移带形成且局部化趋势显著。晶粒变形局部化的差异，对轧制制备极薄带材的控形控性造成困难。     

金属材料在冲击荷载下局部变形的数值模拟及分析

高应变率载荷作用下金属材料的变形集中于很窄的区域内,即剪切变形局部化。局部化变形带内产生严重的塑性变形,削弱材料的承载能力,甚至导致材料断裂破坏。基于有限元分析软件FEAP(Finite Element Analysis Program),采用混合有限元方法,用Fortran语言编译适用于金属材料在高应变率下的剪切局部化问题的新单元;计算过程中采用与应变、应变率及温度相关的塑性本构关系来描述剪切带现象,同时在能量平衡方程中考虑剪切带形成过程中的热传导作用;同时考虑显式算法与隐式算法的时间离散方法,并将两种算法的结果进行对比。结果表明,虽然剪切带形成过程很短,一般为微秒量级,但剪切带形成过程中的热扩散项与塑性变形产生的热能量级相同,有效地缓解剪切带模拟的网格敏感性;对于金属材料热塑性剪切带问题,为了满足计算精度要求,显式算法需要的时间步太小,计算成本比隐式迭代高很多;而基于该单元采用隐式算法模拟热塑性剪切带问题迭代收敛稳定,计算精度高,且因为考虑了热传导作用,网格敏感性小。     

AZ31镁合金轧制工艺的研究

对AZ31镁合金在400℃条件下的轧制工艺进行了研究,在不同压下量、不同道次条件下分别进行了轧制实验,并对轧制后AZ31板材的组织和力学性能进行了研究。实验结果表明:在400℃条件下,以小变形量轧制,每道次压下量为1mm时,较好的加工工艺条件为轧制到第8道次,累积变形量50%;每道次轧制压下量为2mm时,较好的加工工艺条件为轧制到第2道次,累积变形量为25%;AZ31镁合金在大变形量下轧制易产生裂纹,裂纹的产生可能是由于随着累积变形量增加,内应力激增,在难变形的硬取向晶粒区或第二相处产生应力集中,萌生裂纹。裂纹尖端扩展经过的区域变形量较大,因而裂纹两侧存在再结晶细晶区域。     

晶界角度对Al-Mg-Sc-Zr合金板材各向异性行为的影响

通过多向锻造和退火处理对Al-Mg-Sc-Zr合金进行晶界优化，对比研究混合晶界结构对合金板材力学性能各向异性行为的影响。结果表明：均匀化状态合金以高角度晶界为主，经过轧制变形后形成较多轧制剪切带和高强度的Brass, Copper和S织构，轧制板材力学性能各向异性行为较为明显，屈服强度IPA_YS和抗拉强度IPA_UTS指数分别为6.68%和5.85%;合金经过多向锻造和退火处理后，基体为高/低角度晶界结构并存的混晶组织，经过轧制变形后剪切带密度和织构强度明显降低，合金轧制板材性能各向异性行为得到明显改善。     

Local melting mechanism and its effects on mechanical properties of friction spot welded joint for Al-Zn-Mg-Cu alloy

Local melting and the eutectic film and liquation crack formation mechanisms during friction spot welding (FSpW) of Al-Zn-Mg-Cu alloy were studied by both experiment and finite element simulation. Their effects on mechanical properties of the joint were examined. When the welding heat input was high, the peak temperature in the stir zone was higher than the incipient melting temperature of the Al-Zn-Mg-Cu alloy. This resulted in local melting along the grain boundaries in this zone. In the retreating stage of the welding process, the formed liquid phase was driven by the flowing plastic material and redistributed as a “U-shaped” line in the stir zone. In the following cooling stage, this liquid phase transformed into eutectic films and liquation cracks. As a result, a new characteristic of “U” line that consisted of eutectic films and liquation cracks is formed in the FSpW join. This “U” line was located in the high stress region when the FSpW joint was loaded, thus it was adverse to the mechanical properties of the FSpW joint. During tensile shear tests, the “U” line became a preferred crack propagation path, resulting in the occurrence of brittle fracture.     

Reversion of natural ageing and restoration of quick bake-hardening response in Al-Zn-Mg-Cu alloy

The high-strength Al-Zn-Mg-Cu alloy provides much better dent resistance and weight-reduction poten-tial compared to the conventional Al alloys used for the automobile body panels.However,natural age-ing (NA) significantly reduces the formability of Al-Zn-Mg-Cu alloy.The reversion of natural ageing has been systematically investigated by hardness test,tensile test,differential scanning calorimetry (DSC) and transmission electron microscopy (TEM).Substantial reversion of natural ageing and thus hardness de-crease occurs immediately upon thermal treatment at 120-210 ℃ in an Al-Zn-Mg-Cu alloy.Although the hardness of the most reverted state decreases with increasing temperature,the lowest hardness is still higher than the as-quenched state by 30HV.As revealed by the complementary DSC and TEM observa-tions,this is ascribed to the synchronization of the dissolution and the re-precipitation of the solutes in the NA clusters during reversion ageing.Reversion at 180-210 ℃ for less than 30 s leads to a hardness decline of 40HV.The hardening kinetics during NA after reversion is slower than that during first-time NA due to the reduced vacancy concentration.Artificial ageing at 180 ℃ for 30 min after secondary NA of less than 24 h induces intensive precipitation of plate-like pre-ηphases and a giant strength increase of 188-204 MPa.Potential use of high strength Al-Zn-Mg-Cu alloy in automobile body panels could be realized by appropriate reversion treatment improving the formability and the quick bake hardening re-sponse.     

稀土Al—Zn—Mg—Cu合金在超塑变形中X射线小角散射的研究

本文对几种稀土Al-Zn-Mg-Cu合金的小角X射线散射强度进行了分析,试验结果表明,在超塑变形过程中,合金中的微空洞产生的越多,材料的延伸率越好,稀土的含量对合金的超塑性也有一定的影响。     

超高强Al-Zn-Mg-Cu合金研究综述

综述了超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的元素构成及合金化机理,介绍了超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的先进制备技术和热处理技术,阐述了超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的制备原理和热处理强韧化机制,展望了高Zn含量超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的发展趋势和前景。旨在为超高强Al-Zn-Mg-Cu合金材料产业的持续发展提供理论参考。     

Al-Zn-Mg-Cu合金半固态成形的研究现状与应用

半固态成形技术为实现Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金"以铸代锻"的目标提供了有效途径。主要综述了Al-Zn-Mg-Cu合金半固态制浆与成形技术、半固态成形合金的成分调控、微观组织结构与性能等方面的研究现状与进展,同时结合笔者所在学术团队的研究经历,对半固态成形件的组织和性能进行了简要分析。详细综述了Al-Zn-Mg-Cu合金半固态制浆和成形方法,着重介绍了环缝式电磁搅拌技术、蛇形通道浇注法及复合式半固态成形技术。进而综述了Al-Zn-Mg-Cu半固态成形合金的成分及微观组织结构调控方面的研究进展,介绍了合金成分调控及热处理工艺优化对性能的积极影响,分析比较了Al-Zn-Mg-Cu合金半固态成形后的微观组织和力学性能的研究现状。最后,对该成形方向的研究和应用现状进行了总结,分析了其需要解决的主要问题,并对其发展方向进行了展望。     

Mn和Zr对Al-Zn-Mg-Cu铝合金各向异性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及室温拉伸、剥落腐蚀、晶间腐蚀等测试方法,研究了微量的Mn和Zr对Al-Zn-Mg-Cu铝合金的组织和性能各向异性的影响。结果表明,在Al-Zn-Mg-Cu-Ti合金中,分别添加微量的Mn和Zr,合金中对应析出细小弥散的Al6Mn和Al3Zr相,这两相均能抑制基体再结晶,促使合金的晶粒纵横比增大。合金的力学性能、抗晶间腐蚀和剥落腐蚀性能提高,但性能各向异性增大。同时,结果显示Zr对合金的组织和性能各向异性的影响显著大于Mn。     

800MPa级Al-Zn-Mg-Cu系合金

通过采用在线精炼、在线细化、热顶铸造等技术手段,成功在直接水冷半连续铸造设备上制备出了合金化元素总量达20%的Al-Zn-Mg-Cu系合金,打破了7000系铝合金合金化元素总量不高于14%的极限。利用金相显微镜、透射电镜进行微观组织观察,采用差热分析仪测试相转变温度,测试了硬度、拉伸性能并利用扫描电镜进行断口分析。该合金经过挤压、RRA热处理后,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到810.3,799.3MPa和3.4%。通过对单级时效动力学和三级时效动力学进行研究,确定了合金的最佳时效温度为120℃,而时效时间的可选择范围较大。Zn含量高达16.1%的铝合金中主要由未溶第二相和时效析出相η′相共同强化,未发现其他新析出相。     

Fatigue behaviour and crack growth rate of cryorolled Al 7075 alloy

The effects of cryorolling (CR) on high cycle fatigue (HCF) and fatigue crack growth rate behaviour of Al 7075 alloy have been investigated in the present work. The Al 7075 alloy was rolled for different thickness reductions (40% and 70%) at cryogenic (liquid nitrogen) temperature and its tensile strength, fatigue life, and fatigue crack growth mechanism were studied by using tensile testing, constant amplitude stress controlled fatigue testing, and fatigue crack growth rate testing using load shedding (decreasing ΔK) technique. The microstructural characterization of the alloy was carried out by using Field emission scanning electron microscopy (FESEM). The cryorolled Al alloy after 70% thickness reduction exhibits ultrafine grain (ufg) structure as observed from its FESEM micrographs. The cryorolled Al 7075 alloys showed improved mechanical properties (Y.S, U.T.S, Impact energy and Fracture toughness are 430 Mpa, 530 Mpa, 21 J, 24 Mpa m^1/2 for 40CR alloy) as compared to the bulk 7075 Al alloy. It is due to suppression of dynamic recovery and accumulation of higher dislocations density in the cryorolled Al alloys. The cryorolled Al alloy investigated under HCF regime of intermediate to low plastic strain amplitudes has shown the significant enhancement in fatigue strength as compared to the coarse grained (CG) bulk alloy due to effective grain refinement. Fatigue crack growth (FCGR) resistance of the ufg Al alloy has been found be higher, especially at higher values of applied stress intensity factor ΔK The reasons behind such crack growth retardation is due to diffused crack branching mechanism, interaction between a propagating crack and the increased amount of grain boundaries (GB), and steps developed on the crack plane during crack-precipitate interaction at the GB due to ultrafine grain formation.     

微量Mn元素对超高强铝合金锻件平面力学性能各向异性的影响

通过金相显微镜、扫描电镜、XRD 衍射仪以及拉伸力学性能测试研究了微量 Mn 元素对 Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金挤压带板及其制备的等温模锻件的平面力学性能各向异性的影响。结果表明,微量 Mn 元素的加入可以产生大量含 Mn 第二相,促进超高强铝合金锻件的再结晶,使变形织构强度减弱,再结晶织构强度增加,降低高强铝合金锻件的平面力学性能各向异性。此外,弥散细小的含锰相使合金断裂形式转变为穿晶延性断裂,提高了合金的延伸率。     

高应变速率下稀土镁合金的动态压缩性能研究

采用准静态试验机和分离式霍普金森杆（SHPB）对稀土镁合金进行压缩实验,并利用金相显微镜和扫描电镜进行显微分析,研究动态压缩下的力学性能,并探讨塑性变形和断裂的机制。结果表明：稀土镁合金的动态压缩应力-应变曲线对应变速率有一定的敏感性,塑性变形方式为滑移和孪生共同作用,断裂机制表现出对应变速率的敏感性。