亚稳β钛合金的设计方法及室温变形机制的研究进展

本文介绍了当前亚稳β钛合金中的一些设计方法,包括合金元素法、[Mo]当量、d电子合金设计和e/a电子浓度等,概述了当前亚稳β钛合金中变形机制的一些研究进展,如滑移、机械孪晶和应力诱发相变,并对其变形机制之间的相互联系以及变形机制和合金力学性能之间的关系进行总结,最后讨论了不同因素对变形机制的影响,包括β相稳定性、变形过程、晶粒取向与尺寸以及第二相等.     

Zr元素添加对Ti-24%（原子分数）Nb合金变形机制和超弹性的影响

采用非自耗电弧熔炼方法制备Ti-24%（原子分数）Nb-（0、2、4）%（原子分数）Zr合金铸锭。铸锭经均匀化退火、固溶、冷轧和退火后,在室温下进行拉伸测试和加载卸载测试。使用光学显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜观察试样拉伸前后组织结构变化,并结合合金拉伸曲线分析合金变形机制。结果表明具有较低强度的Ti-24%（原子分数）Nb合金出现{112}〈111〉孪晶,Zr元素的添加提高了合金强度和β相稳定性,{112}〈111〉孪晶消失,出现{332}〈113〉孪晶。加载卸载测试中合金发生应力诱发α″马氏体转变和逆转变,具有超弹性性能。Ti-24%（原子分数）Nb-2Zr合金具有较稳定的3.6%的超弹性回复,具有成为生物医用材料的潜力。     

变形温度与应变速率耦合作用对TWIP效应Ti-15Mo合金力学性能的影响EI北大核心CSCD

变形温度和应变速率均影响β型钛合金的力学性能,且其影响均关联塑性变形过程中变形方式的变化。利用TEM,EBSD,SEM,XRD,OM和拉伸试验机研究变形温度和应变速率耦合作用对{332}〈113〉孪生诱发塑性效应Ti-15Mo合金力学性能的影响。结果表明:在298 K和573 K下,屈服强度均随应变速率的增加逐渐升高,即依赖于位错热激活过程,且573 K下显著的位错热激活作用使得屈服强度表现出更大的应变速率依赖性。不同于298 K下,Ti-15Mo合金在573 K下通过{332}〈113〉孪生和位错滑移耦合变形;构建的流变应力模型表明位错强化成为其主要强化方式。高应变速率下,塑性变形早期形成的更多孪晶虽然会抑制孪生的进一步产生降低加工硬化率,但同时有效降低位错不均匀分布引起的局部应力集中延缓颈缩的发生;两个方面的共同作用使得Ti-15Mo合金在变形温度和应变速率耦合作用下呈现出更小的应变速率依赖性。     

AZ31镁合金的变形织构和协调变形机理

进行变形速率可控的单向拉伸试验,研究了变形织构与滑移和孪生等协调变形机理对AZ31镁合金综合性能的影响。结果表明:在沿挤压方向拉伸过程中,变形织构使{0002}晶面Schmid因子较低,基面滑移难以开动,屈服强度高。在沿45°拉伸过程中,变形织构使柱面取向晶粒处于发生{0002}滑移的最佳位置,基面取向晶粒的棱柱面滑移也处于最佳位置,屈服强度低而延伸率高。沿横向拉伸的力学性能主要受孪晶影响,由于大量孪晶诱发裂纹,延伸率最低。试样在45°和横向拉伸时产生的大量拉伸孪晶,是出现{0002}双峰织构的诱因。     

铝硅合金中共晶硅的变质机理:杂质诱发共生成对孪晶

为探讨铝硅合金中共晶硅的变质机理,根据杂质诱发共生成对孪晶的理论,对共晶硅的变质机理进行了分析.结果表明:杂质原子诱发的共生成对孪晶之一使得共晶硅在平行于{111}晶面的方向以TPRE的机制生长,而共生成对孪晶中的另一处与原{111}晶面夹角为109.5°的孪晶,则使得共晶硅垂直于{111}晶面方向的生长也按照TPRE机制进行;共生成对孪晶大大加快了共晶硅垂直于{111}晶面方向的生长,并大大降低{111}晶面厚度方向的生长速度与平行于{111}晶面的生长速度的差异,从根本上改变了共晶硅生长时的各向异性特点,使得共晶硅以各向同性方式生长,最终长成纤维状.     

Ce:YAP晶体中的孪晶缺陷

采用同步幅射白光形貌及光学显微形貌等手段研究了Ce:YAP晶体中存在的孪晶缺陷. 对孪晶的性质进行了表征, 结果表明, 它们为{101}和{121}孪晶. 经分析, 我们认为相邻且相近的晶格参数互换是孪晶形成的内在因素, 并据此建立了孪晶结构模型; 另外, 晶体生长过程中放肩阶段生长速率的突变则是导致孪晶形成的主要的外部因素.     

预时效对变形镁合金组织与力学性能的影响

与铸造镁合金相比,变形镁合金可获得更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能,从而满足多样化镁合金结构件的应用需求.但由于变形镁合金绝对强度低、塑性变形能力差,其应用范围受到了极大的限制.近期研究发现,对变形镁合金进行预时效处理能够显著提高合金的综合力学性能,因此总结和归纳预时效对变形镁合金的影响具有重要的理论参考价值和实践指导意义.预时效是在塑性加工前进行时效处理的一种时效方法,预时效处理可通过欠时效、峰值时效和过时效等工艺调控析出相的大小、形状、分布和位向,析出相在后续的加工变形过程中具有改善材料组织与性能的重要作用.预时效提供的析出相,在后续塑性加工变形过程中为动态再结晶提供形核核心,促进动态再结晶,细化晶粒,激活非基面滑移,弱化基面织构,且晶界析出相可显著抑制晶粒长大,有效阻碍位错运动,也可使位错累积增多,小角度晶界增多.此外,增加析出相含量能减小晶粒尺寸,抑制{1012}拉伸孪晶的形核和长大,增加{1011}压缩孪晶和{1011}-{1012}双孪晶含量,这些孪晶增加了动态再结晶的形核核心,改变了晶粒取向,进而大幅提高了合金的强度、屈服应力和峰值应力,同时也保证了合金的延展性,极大地改善了镁合金的综合力学性能.本文针对Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Sn系和Mg-RE系等四系合金,总结分析了预时效对变形镁合金组织与性能的影响,着重从压缩、拉伸、挤压和轧制等变形工艺角度进行综述,为制备综合力学性能优良的镁合金提供参考.此外,本文指出了预时效变形镁合金在未来的发展动态和研究重点.     

杂质原子在面心立方晶体中诱发的成对挛晶

为研究杂质原子在面心立方晶体内诱发的孪晶,采用刚性球模型进行计算研究。计算结果表明,当杂质元素的原子半径与晶体的原子半径之比约为1．65时,如果杂质原子吸附在面心立方晶体的{111}晶面上时,将可能在该{111}面上的某个[112]晶向上及与该{111}面的该[112]晶向成109．5。的另一个{111}面上的某个[112]方向上同时诱发挛晶,即诱发成对的挛晶,而不是仅仅在原来的{111}晶面上诱发一处孪晶．杂质原子诱发成对孪晶及单孪晶的的可能性各为50％．     

CVD自支撑金刚石薄膜中的宏观织构与微观孪晶

采用背散射电子取向成像、扫描电镜、X射线衍射等手段研究了CVD自支撑金刚石膜的宏观织构、微观组织及晶粒取向的演化过程．薄膜制备时的气氛纯度较低，这是引起本文金刚石膜中发现大量孪晶的一个重要原因．杂质原子会降低金刚石的层错能，从而降低孪晶界的形成障碍，促进孪晶生成．频繁的孪晶导致{100}织构转向{122}织构，并弱化薄膜织构，使性能趋向各向同性．{110}取向的晶粒孪晶后仍具有{110}取向，因而在多重孪晶出现时仍可保持一定的稳定性．     

抗蠕变、耐变形的钛合金

据美国马里兰大学报道，改变钛合金的组成和化学性质或显微结构，很可能研制更耐变形的钛合金部件。改善钛合金的性能可以扩展其工业和商业应用。在此之前，人们对蠕变变形了解很少。据研究人员称，钛合金中变形孪晶的缓慢生长是钛合金室温蠕变变形的机理之一。     

低碳双相钢丝热处理与冷拉拨变形的组织观察

对２０双相钢线热处理与拉拨变形的组织进行了观察，结果表明，随亚温淬火温度的升高，双相组织中马氏体的亚结构由孪晶型变成位错型，两相的变形能力和拉拨性能都得到改善，变形量是影响位错数量及在双相组织中形成错胞的主要因素。     

压缩变形制备亚微米晶钛合金的研究

对压缩变形制备超细晶钛合金的可行性进行了初步的实验研究。结果表明,低于７２５℃的压缩变形可以在ＴＣ１１合金中获得亚微米晶组织;变形中α相发生再结晶,而同时β相经历一个析出和长大的过程;变形促进了β相的析出和长大,也改变了β析出相的形态。     

{225}f片状马氏体宏观点阵变形特征的AFM观察与定量分析

利用原子力显微镜(AFM)对Fe-8Cr-1C合金{225}f马氏体的宏观形状应变特征进行了观察与定量分析.结果表明:{225}f片状马氏体宏观形状应变特征表现出与{3 10 15}f全孪晶马氏体不同的特征.{3 10 15}f全孪晶马氏体表面浮凸呈规则的"N"或""型;而{225}f片状马氏体表面浮凸呈不规则"N"型,其"浮凸群"既有均匀切变的特征,又有沿基面堆垛长大的痕迹,其浮凸高度、浮凸角远低于{3 10 15}f马氏体.     

Sr变质对Al—Si合金共晶硅中孪晶产生的影响

本文利用TEM观察了经Sr变质后Al-Si合金中共晶硅的生长特征。结果表明:变质后共晶硅中孪晶密度较高,且常有两个以上的{111}孪晶同时存在,生长速度对孪晶密度与孪晶特征影响很大。文章也分析了产生上述现象的原因。     

基于粘塑性自洽模型AZ31镁合金塑性变形行为研究

以挤压态AZ31镁合金为研究对象,通过修正的VPSC模型,构建耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型,从微观变形机制的角度研究镁合金在不同加载方式下的塑性变形行为.通过EBSD等实验结果与模拟结果对比发现,轴向压缩过程中,协调变形的主要机制为拉伸孪生和基面滑移,拉伸孪晶的大量开启导致晶粒c-轴发生约90°的旋转,使得{000...     

Ni75Al7.5V17.5合金时效沉淀D022相的孪生相场模拟

为揭示合金固态相变初期新相形成机制,尤其是D022相变孪晶形成机制,利用三元微观相场模型对Ni75Al7.5V17.5合金于1 273 K下等温时效沉淀过程的前3个阶段进行了模拟.计算结果表明,L12结构的Ni3Al有序相首先沿惯析面(100)从母相中共格形核,而后D022结构的Ni3V有序相在先析出的L12相和母相的相界形核.由于{100}的反相畴界上形成较大的共格失配,导致能量较高且不稳定,反相畴界在两相生长中遭到破坏,而晶面{110}的界面能比{100}的反相畴界能低,生长过程中D022的3种变体互相正交排列形成阶梯状结构的{110}孪晶面.     

镍基高温合金微孪晶形成机制的研究进展

镍基高温合金具有优良的成分兼容性、良好的组织稳定性、抗氧化和抗腐蚀性能,被广泛用于航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键的热端部件。沉淀相γ'对位错运动的阻碍是镍基高温合金的主要强化作用之一。一般而言,这种阻碍作用不仅与γ'相的形貌、体积分数及尺寸有关,也取决于γ'相与位错的交互作用。通常这种交互作用机制可分为三种:切割机制、Orowan绕过机制和热激活攀移机制。当不同类型的位错切割γ'相时,在γ'相中会形成不同的高能缺陷,能够阻碍位错运动,延缓材料软化。这类结构或成分缺陷包括:反相畴界(APB)、复杂层错(CSF)、超点阵内禀层错(SISF)、超点阵外禀层错(SESF)和微孪晶。微孪晶化(Micro-twinning)是镍基高温合金中一种重要的变形机制,主要发生在中温高应力条件下。此外,中温拉伸变形过程中也有微孪晶产生。早期研究表明,微孪晶的产生与SESF有关,可以认为SESF是"胚体孪晶",且SESF是由a/3〈112〉超点阵不全位错切入γ'相产生的。基于溶质原子短程扩散的原子重排(Reordering)机制被用来解释微孪晶的形成,即a/6〈112〉不全位错切入γ'相中先产生CSF,而后CSF通过原子重排转变为SESF,最终形成微孪晶。最近的研究表明,在微孪晶产生过程中,Co和Cr原子会在成分偏析和柯氏气团的作用下发生长程扩散,因此有学者指出微孪晶的形成是原子重排短程扩散机制和偏析主导的长程扩散共同作用的结果。同时,对于高温合金微孪晶机制的研究,研究人员不再局限于其形成机制,而对微孪晶的长大机制有了进一步的理解。共格的纳米孪晶界作为金属材料中的一种特殊缺陷,可以有效阻碍位错运动,从而强化材料,这种强化方式已经在纳米铜、TWIP钢以及Ti Al合金中得到应用。研究人员发现,孪晶能够强化固溶强化的镍合金;同时,有学者发现镍基高温合金中退火孪晶界对位错运动有明显的阻碍作用。因此,微孪晶化有望成为一种强化镍基高温合金的方法。本文归纳了镍基高温合金中微孪晶形成机制的发展和演变,分析了不全位错、内禀层错、外禀层错、复杂层错、元素偏析以及柯氏气团(Cottrell atmospheres)在微孪晶化中所起的作用,同时也阐述了孪晶界面处元素偏析在孪晶长大中的作用。此外,本文还综述了微孪晶在镍基高温合金强化中的作用,指出了通过微孪晶强化高温合金过程中存在的问题,展望了微孪晶在高温合金强化中的应用,为研究高温合金的中温变形机制和孪晶强化机制提供参考。     

奥氏体不锈钢晶粒细化对形变机制和力学性能的影响

利用相逆转变原理采用冷变形使得亚稳奥氏体转变为形变马氏体,采用不同温度和时间退火分别获得纳米晶/超细晶和粗晶奥氏体不锈钢。通过拉伸实验得到不同晶粒尺寸的奥氏体不锈钢力学性能,采用透射电镜观察形变组织结构并利用扫描电镜观察断口特征。结果表明:高屈服强度纳米晶/超细晶奥氏体不锈钢通过形变孪晶获得优良塑性;而低屈服强度的粗晶奥氏体不锈钢发生形变诱导马氏体效应,得到良好的塑性;两组具有不同形变机制的奥氏体不锈钢拉伸断口均为韧性断裂。形变机制由形变孪晶转变为形变诱导马氏体归因于晶粒细化导致奥氏体稳定性大幅度提高。     

钛合金热变形时的动态回复和再结晶

对于α+β及亚稳β钛合金,传统的轧制或锻造等热变形加工通常在α+β两相区和β单相区进行,在热变形过程中发生动态回复和动态再结晶.对β和α+β相区热变形组织的研究表明,变形早期动态回复形成的β亚晶界(小角度晶界),在进一步变形后变成大角度晶界.经过连续动态再结晶,晶界结构发生变化.但钛合金热变形过程中动态回复组织需要根据动态再结晶机制进行检验.     

Al 合金激光熔凝区中的孪晶组织

用透射电镜观察到,在含稀土 Al 合金激光熔凝区中存在大面积孪晶。激光快速熔凝使稀土元素Ce 在 Al 中的溶解度提高是导致孪晶生成的主要原因。选区电子衍射证实,孪晶结构的孪晶面为{111}。