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 %。     

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。     

累积叠轧制备Ti/Ni多层复合材料的组织演变与力学性能

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、万能材料试验机、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,ARB 5道次后,Ti、Ni层的平均晶粒尺寸分别为200和300 nm;复合材料的抗拉强度、显微硬度显著提高;ARB 5道次后抗拉强度达到810 MPa,延伸率为24.4%,Ti、Ni层平均HV显微硬度分别为2.33和2.29 GPa。在ARB 0~5道次轧制变形过程中,界面处无明显的原子扩散现象发生。     

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。     

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SiC_p/MWCNTs混杂增强镁基纳米复合材料的组织与性能

通过累积叠轧(ARB)成功制备了带有不同混杂比例的nano-SiC_p和MWCNTs纳米颗粒增强镁基纳米复合材料,其中增强相总质量分数为2%,ARB过程共进行14道次。研究结果发现,在混杂增强相添加后,纯镁基体的晶粒尺寸得到明显细化;当SiC_p/MWCNTs质量混杂比为5∶5或7∶3时,混杂增强相在纯镁基体中呈现弥散分布;混杂增强相较两种单一增强相更加强烈地抑制了基体的再结晶。以综合性能作为标准,当SiC_p/MWCNTs的混杂质量比为7∶3时混杂增强复合材料的综合性能表现最优。     

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。     

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。     

纯铝累积叠轧焊组织与性能演变规律研究

在室温条件下对L2纯铝进行了10个道次的叠轧试验,通过室温拉伸和透射电镜实验,研究材料在叠轧过程中组织的演变和力学性能的变化,结果表明,经过数道次的实验后,材料中产生了晶粒尺寸小于1μm的超细晶粒,第10道次晶粒尺寸可达0.77μm;材料的强度显著提高,但延伸率却急剧下降,第10道次材料抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为190.44MPa、152.27MPa和4.73%。     

Al/Ni metal intermetallic composite produced by accumulative roll bonding and reaction annealing

In this research, Al/Ni multilayers composites were produced by accumulative roll bonding and then annealed at different temperatures and durations. The structure and mechanical properties of the fabricated metal intermetallic composites (MICs) were investigated. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction analyses were used to evaluate the structure and composition of the composite. The Al₃Ni intermetallic phase is formed in the Al/Ni interface of the samples annealed at 300 and 400 °C. When the temperature increased to 500 °C, the Al₃Ni₂ phase was formed in the composite structure and grew, while the Al₃Ni and Al phases were simultaneously dissociated. At these conditions, the strength of MIC reached the highest content and was enhanced by increasing time. At 600 °C, the AlNi phase was formed and the mechanical properties of MIC were intensively degraded due to the formation of structural porosities.     

累积叠轧1060工业纯铝的微观组织和性能

采用累积叠轧方法对1060工业纯铝进行变形,分析了变形前后其微观组织和力学性能。试验结果表明,累积叠轧4道次后工业纯铝的抗拉强度提高了60N／mm^2,硬度提高了一倍。在第一道次之后伸长率下降较大,从45％下降到12％,但在以后道次中保持稳定。随着变形道次的增加,纤维组织越来越细。当累计变形量大于75％时其复合界面焊合较好,断裂裂纹很容易在复合界面形核,并沿着复合界面扩展延伸。     

累积叠轧焊对L2纯铝力学性能影响的研究

通过实验研究了轧制道次、温度与材料状态对L2纯铝力学性能的影响。结果表明：材料的抗拉强度、屈服强度和显微维氏硬度随轧制道次的增加而增加，第10道次分别为190．44MPa、152．27MPa和49．3HV（载荷100g）；室温叠轧材料的强度要高于热叠轧的，而延伸率却低于热叠轧的；半硬化态L2纯铝和完全退火态L2纯铝的强化能力是一致的，但半硬化态L2纯铝的强化幅度要低于完全退火态的。     

累积叠轧温度对AZ31镁合金组织和性能的影响

通过光学显微镜、室温拉伸试验、显微硬度计、X射线衍射仪、扫描电镜等方法研究了累积叠轧温度对AZ31镁合金晶粒尺寸、基面织构、界面结合情况及力学性能的影响。结果表明:3道次累积叠轧后的AZ31镁合金晶粒细化效果明显,硬度增大,随着累积叠轧温度的升高,晶粒细化效果减弱,硬度增加趋势减弱。累积叠轧温度升高有弱化基面织构的作用。AZ31镁合板材在450 ℃累积叠轧3道次,综合力学性能最佳,为显微硬度70.64 HV0.05,抗拉强度288.64 MPa,屈服强度203.76 MPa,伸长率16.96%,界面结合强度21.53 MPa。     

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....     

累积叠轧Nb/Zr层状复合板的微观组织与力学性能研究

采用累积叠轧法制备了初始Zr层厚度不同的两种Nb/Zr金属层状复合板并对其在叠轧过程中的微观结构、织构演化和力学性能进行了研究。结果显示, Nb/Zr层状复合材料的界面结合良好,异质界面处无金属间化合物产生。随着叠轧道次增加,层状复合结构内部形成了贯穿于多个金属层的剪切带组织,初始Zr层厚度为1 mm的复合板较Zr层厚度为2 mm的复合板易于发生Zr层的颈缩、断裂和分离。Nb层内主要为位错胞状结构, Zr层内为高位错密度晶粒与动态回复晶粒的混合组织。此外,不同初始Zr层厚度的复合板中Nb层的织构演化特征不同：当初始Zr层厚度为1 mm时,Nb表现为强立方取向;当初始Zr层厚度为2 mm时,随着叠轧道次增加,旋转立方取向始终为主导的织构组分。两种复合板中Zr层的织构演化特征一致,即经一道次叠轧后,{0001}基面双峰织构为主要织构组分。随着叠轧道次增加,基面双峰织构略有减弱,同时出现了较弱的{11-20}丝织构。单轴拉伸测试表明,随着叠轧道次增加两种不同Zr层厚度的复合板屈服强度和抗拉强度均逐渐增大,而塑性延伸率呈现先减小后增大的趋势。经三道次叠轧后两种复合板的最大延伸率分别为14.2%和16.5%。叠轧过程中各金属显著的晶粒细化、Zr层内高位错密度晶粒与动态回复晶粒共存的混合组织以及Zr织构的特征演化是贡献于复合板具有高强度和良好塑性的原因。     

Fe基非晶合金增强1060铝基多层复合材料的组织与性能

采用累积叠轧焊+中间退火法复合轧制1060Al/Fe基非晶多层铝合金复合板材。利用光学显微镜、扫描电镜、X-衍射分析仪以及拉伸试验机分析Al基复合材料的微观组织结构变化、断口形貌、物相组成以及力学性能。结果表明:Fe基非晶复合材料的增强体在300 ℃中间退火过程中发生部分晶化,在累积变形轧制过程中发生破碎,并随着变形道次的增加,破碎程度随之增大;复合板前6道次的累积轧制变形出现了明显的加工软化现象,并且随着变形道次的增加,其加工软化的效果愈明显;随着累积轧制变形道次增加,Al基复合材料的力学性能发生了明显的变化,第2道次轧制变形后屈服强度与抗拉强度达到了最大值为140 MPa和156 MPa,伸长率为5.53%,达到最佳综合性能。     

金属间化合物对累积叠轧Mg/Al多层复合板材断裂过程的影响

本文采用分步拉伸观测的方法研究了累积叠轧Mg/Al多层复合板材中界面金属间化合物对复合板材断裂过程的影响。结果表明：在单向拉伸过程中,Mg/Al界面处金属间化合物导致了裂纹的萌生和扩展,从而导致Mg/Al界面的分离;在后续拉伸过程当中,由于Mg层强度较低,首先产生颈缩失效,致使整个样品提前断裂。     

界面对铜/铝异步轧制层状复合材料组织与性能的影响

利用异步轧制复合技术和退火工业制备铜/铝层状复合材料,利用扫描电子显微镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,进行剥离和拉伸实验研究界面的力学性能。结果表明,热处理过程促进了界面层的形成,而较高的退火温度破坏了界面结合。层状复合材料的拉伸性能介于两组元金属之间。经340℃退火后,铜基体的延伸性能与铝基体接近,并且界面开裂程度较低。在拉伸过程中,两金属基体延伸率不同,导致界面发生内部断裂。界面作为铜、铝之间的过渡层,在强化复合材料方面起到重要作用。