对双峰织构类型AZ31镁合金板材力学性能各向异性的分析

目的 制备双峰织构类型的AZ31镁合金板,以改善板材微观组织和弱化基面织构,研究微观组织对力学性能各向异性的影响规律,以提高镁合金板材的成形性能。方法 通过弯曲限宽矫直技术对0°、30°和60°轧向切样的板材进行热加工以预制拉伸孪晶,获得双峰织构类型的AZ31镁合金板材,通过EBSD获取板材的微观组织。对RD、45°和TD方向的原始板材进行室温单向拉伸实验,获得板材的工程应力-应变曲线及力学性能参数,并计算r值（塑性应变比）与n值（应变硬化指数）。结果 弯曲限宽矫直技术可诱发大量拉伸孪晶形成ED偏转织构,将偏转织构与基面织构共存的板材称为双峰织构类型AZ31镁合金板材。拉伸孪晶的出现显著细化了晶粒,弱化了基面织构强度,使板材的屈服强度下降,极大提升了材料塑性。其中30°轧向切样的板材ND面塑性力学性能各向异性的改善效果最好,其r值最小、n值最大。结论 双峰织构类型能够弱化AZ31镁合金板材基面的织构强度,提高材料塑性。拉伸孪晶含量越高,板材的强度与塑性越好,力学性能各向异性的改善效果也越显著。     

高强度超细晶金属材料塑性行为及增塑研究进展

强度和塑性是金属结构材料最重要的力学性能指标,金属高性能化的关键是在高强度水平下保证良好的塑性,然而两者往往不能兼顾。在众多强化方法中,晶粒细化长期以来被认为是强化金属最理想的手段,在传统晶粒尺寸范围,细化晶粒既可以显著提高材料的强度,又能改善材料的塑韧性。因此,近几十年来超细晶/纳米晶金属得到了广泛研究和发展,出现了以大塑性变形(SPD)、先进形变热处理(ATMP)技术为代表的超细晶制备方法,所得晶粒可以细化到亚微米或纳米尺度,金属性能大大提高。然而,大量研究证实当晶粒细化到亚微米或纳米尺度时金属强度提高但塑性显著下降,与传统的细晶强化规律不符。对此,国内外学者进行了很多研究,试图阐明其机理、揭示晶粒超细化导致塑性降低的物理本质。此外,由于细化晶粒方法受到塑性的限制,新的高强度水平下增强塑性的方法成为钢铁材料高性能化的研究热点。针对塑性下降的事实,为了进一步提高超细晶金属材料性能,研究者开展了许多增强塑性的工作,获得了较好的效果,但仍存在一些不足。关于金属晶粒超细化导致塑性降低的普遍共性现象,目前广泛认可的理论主要有晶界捕获(吸收)位错的动态回复理论、位错运动湮灭理论、高初始位错密度以及位错源缺失机制等。前三者都主要关注超细晶金属材料低(无)加工硬化能力,并将其归结为延伸率降低所致。主要是因为低(无)加工硬化使材料在变形早期发生塑性失稳或局部变形从而表现出低塑性。超细晶金属增塑研究主要体现在增塑方法和机理方面,目前,增塑方法主要有(1)形成纳米孪晶;(2)获得粗晶-细晶双峰组织;(3)利用相变诱发塑性/孪生诱发塑性(TRIP/TWIP)效应;(4)引入铁素体软相;(5)利用纳米第二相粒子等。这些增塑方法的主要机理是利用组织结构的改变提高超细晶金属的加工硬化能力以维持良好的均匀塑性变形以及利用组织相变提高塑性。本文归纳了常用的超细晶金属制备方法,综述了超细晶金属材料塑性降低的研究进展,总结了超细晶金属增塑的研究结果,分析了目前研究中存在的不足,探讨了超细晶金属增强增塑的发展趋势,以期为超细晶金属塑性降低理论及增强增塑研究提供参考。     

热轧AZ31B镁合金板材超塑成形性能研究

研究了工业态热轧AZ31B镁合金板材的基本成形性能,其室温塑性较差且存在各向异性,而在应变温度为400-490℃,应变速率为1×10-4～1×10-3s-1的实验条件下均表现出良好的超塑性.其最大断裂延伸率达到216%,应变速率敏感指数达0.36.因此,对不具有典型等轴细晶的工业态热轧AZ31B镁合金板材,无需经过复杂的预先热处理,同样可以得到良好的超塑性,更具有经济实用价值.     

Zn—4%Al合金超塑性变形性能及添加Cu、Mg的影响

本文研究了Zn—4％Al合金的超塑性拉伸性能,板材成型性以及合金元素Cu、Mg对上述性能的影响。结果表明:在350℃以下的温度区间和1.38 ×10~(-3)/s以上的应变速率区间内,该合金的延伸率随温度的升高和应变速率的降低而提高;合金元素Cu、Mg可同时提高该合金的超塑性变形性能和室温强度;经超塑性变形后合金的室温强度明显提高。     

Ti60合金板材的室温强度与其显微组织和织构的关系

研究了Ti60合金板材的组织、织构随热处理温度的变化规律及其对室温强度的影响。结果表明:对于Ti60合金板材,与轧制态相比,在α单相区热处理后显微组织和织构基本不变;随着热处理温度由α+β两相区升高到β单相区,等轴初生α相体积分数减少直至完全转变为片层次生α相,T型织构成分逐渐消失,并形成新的织构。在热处理温度下初生α相的体积分数,是决定是否形成新织构的主要因素:初生α相大量存在时次生α相的取向与之相近;初生α相体积分数减少对次生α相取向的影响减弱,次生α相的{0001}晶面易形成新的集中取向,与高温轧制变形后形成的β相织构有关。板材同一方向(TD或RD)的室温强度变化主要受晶内亚结构的影响:α单相区热处理后未消除晶内亚结构,板材的室温强度与轧态接近;α+β两相区和β单相区热处理消除了晶内亚结构,使强度明显降低。消除晶内亚结构后,板材相同方向的室温强度受显微组织的影响较小:初生α相体积分数的减少对室温强度没有明显的影响,在两相区不同温度热处理的板材其室温强度相当,β单相区热处理后板材的室温强度呈降低趋势,但是不同方向上的降低幅度受织构的影响较大。织构和晶内亚结构共同影响板材室温强度的各向异性,在晶体学c轴集中取向的方向上强度较高,晶内亚结构的存在弱化织构对拉伸强度各向异性的影响,在两相区和β单相区热处理消除了晶内亚结构,使板材的各向异性增强。     

Mg合金板材高温成型的有限元模拟

Mg合金因其密度小,可以替代多种材料,如钢和高分子材料等.目前,Mg合金生产的方法以压铸技术为主,但是该方法制备的Mg合金很难满足高风险结构件的要求.通过塑性变形技术,可以消除砂眼和气孔,提供力学性能优异的Mg合金材料.然而,即使是经过塑性变形后的Mg合金材料,如Mg板材也很难在室温下成型,只有在200～300℃下,才能显示出较高的塑性成型性能.要成功地应用塑性变形后的Mg合金板材,需选取合理、经济可行的制备技术,这些过程包括:①Mg合金板材的高温流变行为分析;②工模具的润滑问题;③热控条件下的工具设计;④有限元法分析等.美国Altan课题组利用二维和三维变形模拟方法研究了Mg合金板材成型过程.     

变形镁合金晶粒细化及热处理后的组织和性能

通过变形方法细化晶粒提高镁合金塑性.大挤压比(100:1)可获得细晶镁合金挤压薄板,其晶粒尺寸为2.5-12.5μm;大挤压比+轧制确保合金获得平均晶粒尺寸小于5μm的细晶镁合金薄板.通过优化再结晶退火制度使合金具有最佳的组织结构和良好的力学性能.在523K保温20min后细晶(晶粒尺寸小于12.5μm)镁合金板材具有良好的热拉深性能,能成功拉深出质量完好的筒形件,而晶粒尺寸大于25μm,出现不良的热拉深现象.     

TC6钛合金的超塑变形机制研究

提出了一种全新的超塑性研究方法：基于m值的高效超塑变形机制。采用该方法对TC6钛合金进行高温拉伸实验,研究其超塑性能,并与最大m值法超塑性进行比较分析。实验结果表明,细晶组织的该合金具有优良的超塑性,最佳变形温度在900℃,最大m值超塑变形可以获得20倍的最大延伸率;基于m值的高效超塑变形可以显著提高超塑成形效率,在获...     

预变形对2050铝锂合金晶粒细化及超塑性的影响

通过形变热处理工艺制备2050铝锂合金细晶板材,采用光学显微镜、扫描电镜等研究预变形对第二相分布、晶粒组织及板材超塑性的影响。结果表明:采用预变形后,高温过时效过程中板材晶内形成大量亚晶,大量的亚晶界促进了T_B相的析出同时提高了粗化速率,显著增加了晶内T_B相的尺寸,使得有效激发再结晶形核第二相粒子体积分数由0.92%提高至3.28%。同时与未预变形板材相比,板材中心层平均晶粒尺寸由12.59μm降低至9.59μm,表层平均晶粒尺寸由10.79μm降低至8.60μm,晶粒细化效果得到明显改善,超塑性变形能力显著提升,在490℃,2×10~(-4)s~(-1)的变形条件下,伸长率由230%提高至470%。     

纳米晶钨粉对液相烧结93W合金组织性能影响

采用高能机械球磨方法制备了超细钨粉,经冷等静压和1465℃分解氨气氛中液相烧结制得高密度钨合金.研究了纳米晶亚微米颗粒钨粉对烧结态93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金微观组织及性能的影响.研究表明:采用超细钨粉与低温液相烧结技术,获得了高相对密度(大于99.7%)的烧结态高密度钨合金,且细钨颗粒组织均匀分布于粘结相中;与采用亚微米颗粒钨粉的烧结态钨合金相比较,不仅微观组织弥散分布,而且具有较高的力学性能;液相烧结态钨合金的力学性能主要与原始钨粉粒度及烧结温度有关.     

NiAl合金研究中的几个重要发现

综述了作者等从1988年至今,在"七五"至"九五"国家"863"计划项目、国家自然科学基金面上项目、重点和重大项目(子课题)以及"九五"和"十五"重点项目支持下取得的最主要的科研成果,重点介绍了NiAl合金研究中的几个重要发现:1NiAl及NiAl合金超塑性的发现及其机理研究。已发现10多种NiAl合金具有超塑性,超塑性变形的最大延伸率在160%~480%范围波动,可以利用超塑性成型制成形状复杂的无余量NiAl合金零件。2纳米晶NiAl合金的强韧化及其良好高温稳定性的发现。纳米晶NiAl、NiAl合金及NiAl复合材料与粗晶粒相应材料相比,室温至高温的强度和塑性均有明显提高,实现了强韧化。发现纳米晶NiAl经1 000℃高温长时退火,仍然保持纳米晶粒组织,从而消除了人们对纳米晶Ni Al材料在高温晶粒迅速长大从而失去一切优越性能的疑虑。3内生颗粒NiAl基复合材料的强韧化及界面非晶层的发现。已研究的NiAl基复合金的强度和塑性同时获得提高,实验发现在Ni Al基体和增强颗粒界面存在一种合适的非晶层,能有效吸收界面处残余热应力,有利于改善塑性和韧性。4NiAl合金自润滑耐磨行为的发现及其机理研究。新近发现Ni Al合金具有良好的自润性能,这是由于在高温摩擦磨损过程中,摩擦表面生成了1~3μm厚的玻璃陶瓷润滑膜。5NiAl共晶中Hf的沉淀强化作用的发现及JJ-3合金的研制。发现Hf加入NiAl共晶合金在NiAl基体、晶界和相界析出弥散分布的Ni2Al Hf相,起沉淀强化和界面强化作用。利用这一发现,发展了一种综合性能良好的JJ-3合金,它在1 100℃高温强度超过几乎所有的等轴晶高温合金。     

Ti-15-3钛合金超塑行为研究

为系统了解Ti-15-3合金的超塑性,研究了固溶态和两种不同变形量冷轧态的Ti-15-3合金板材在700～800 ℃和1×10-4 ～3×10-3s-1应变速率范围内的超塑性行为.结果表明:Ti-15-3合金具有较好的超塑性能,冷轧态合金的延伸率均优于固溶态,且随着板材冷轧变形量的增大而增大;各应变速率下,该合金都在780 ℃时获得最大延伸率和应变速率敏感性指数.在780 ℃和1×10-4s-1条件下拉伸时,冷轧变形量为52%的Ti-15-3合金板材获得了370%的延伸率,m值为O.56;变形温度和速率对合金的超塑性能影响很大,合金的延伸率在730～780 ℃范围内随温度的升高和应变速率的降低而升高,合金的流变应力则随之下降.     

温度对ZK60镁合金细晶板材成形性能的影响

研究了温度对ZK60镁合金细晶板材成形性能的影响。通过单向拉伸试验研究了ZK60细晶板材在25～300℃下的拉伸成形性和力学性能各向异性,进而通过杯突试验和热拉深试验研究了温度对板材成形性能的影响。研究结果表明:随着温度的升高,板材的各向异性逐渐降低,在300℃下的断裂伸长率在341%以上。ZK60细晶板材的成形性能随着温度的升高显著提高,在本实验条件下,当温度为250℃时获得最大的Erichsen值(IE=18. 7 mm)和最大的极限拉深比(LDR=1. 8),ZK60镁合金细晶板材的最佳杯突成形温度范围为200～250℃,最佳热拉深成形温度范围为250～300℃。     

超细晶/纳米晶钛合金的研究与进展

原位生成超细晶/纳米晶钛合金是以钛基纳米材料为机体、微米级树枝晶为韧性增强相的合金，它不仅比一般的纳米金属具有更好的强度和韧性的匹配，而且比传统的铸造钛合金具有更优异的铸造性能，是有着广阔应用前景的新型合金。介绍了原位生成钛基纳米晶/超细晶亚共晶合金的发展、原理与研究现状。     

铝锂合金形变热处理的织构组织

铝锂合金具有密度低,强度和弹性模量高以及耐热、耐蚀性好等优点,因而在航空中得到应用.但是,这种合金因塑性差、成型困难,尤其是单向轧制机械纤维(流线)和晶体学纤维形成的各向异性,大大地限制了其材料的应用.为此,西北有色金属研究院从改变轧制方式、调整合金成分、提高合金质量等方面着重研究了铝锂合金热处理工艺与织构组织的关系,试图达到改善组织结构、减小各向异性的目的.     

超细晶镁合金的研究现状及展望

镁及其合金具有低密度、高比强度、高导热性、高阻尼性以及良好的电磁屏蔽性能等优点,成为最具应用前景的结构材料之一。随着环保问题的日益突出,轻量化和节能减排变得日趋重要,对具有低密度、高性能和可回收再生产等特性的结构材料提出了大量且迫切的需求,这对镁合金的发展和应用提供了广阔的前景,但目前镁合金特别是变形镁合金还没能大规模工业化应用,还有问题需要解决。绝对强度较低、塑性较差等是影响变形镁合金应用的主要瓶颈。在材料传统的四种强化理论中,析出强化、加工硬化等可以显著提高变形镁合金的绝对强度,但同时会损害其塑性;固溶强化一般只能提高强度,降低塑性,在镁合金中虽存在一些能够同时提升强度和塑性的固溶元素,但该类元素较少,且对强度和塑性的提升效果也十分有限,还有待进一步研究发展;而晶粒细化是目前最有效的能同时提高材料强度和塑性的方法,当晶粒细化至数个微米量级时(超细晶),材料的强度和塑性会得到极大提升。在钢铁材料中的超细晶钢,就是利用超细晶组织(一般认为超细晶组织的目标是将晶粒尺寸从传统的几十微米细化至1～2μm)使钢铁材料的综合力学性能翻一番。同时,晶粒超细化也是高性能镁合金的研究重点之一。近期相关研究表明,超细晶镁合金拥有良好的强度和塑性,甚至还具有室温超塑性。目前常用于制备超细晶镁合金的方法主要有两种:剧烈变形法和中低温变形法。其中剧烈变形法主要采用等通道挤压、高压扭转、累积叠轧、多向锻造、粉末冶金等工艺方法来实现晶粒超细晶化,已有一定的发展历史,具有较深的研究基础;而中低温变形法是近年来新兴的一种制备超细晶镁合金的方法,同样能够成功制备出平均晶粒尺寸约为1μm的超细晶镁合金材料,该方法具备工业化应用的潜力。此外,通过剧烈变形法和中低温变形法制备的不同合金成分的超细晶镁合金材料性能差异较大,因此合金的成分设计在两种制备超细晶镁合金的方法中也具有至关重要的作用。总地来说,通过设计不同的合金成分,改进制备工艺,准确调控变形过程中的再结晶行为,制备出组织良好、性能优异的镁合金材料已成为发展超细晶镁合金的重要方向。因此,本文综述了目前超细晶镁合金的研究现状及主流的制备方法的优缺点,并分析了超细晶镁合金的制备方法和合金设计对组织和性能的影响,最后对超细晶镁合金的发展方向进行展望。     

Ti6321合金板材织构及力学性能研究

应用EBSD技术研究了Ti6321合金板材的织构特征,并对其力学性能进行了实验分析。结果表明:退火态的Ti6321合金板材横向屈服强度和抗拉强度均略高于轧向的,但塑性和冲击韧性略低于轧向的。该24mm厚退火态Ti6321合金板材织构的主要组分为{0111}2110、{2120}3412和{2021}3414,织构是造成板材力学性能各向异性的主要原因。     

纳米Ni和Ni/SiCp纳米复合材料的超塑性

研究了用电沉积方法制备的纳米Ni和Ni/SiCp纳米复合材料的超塑特性,在试验温度410℃和450℃,应变速率为8.3×10-4s-1～5×10-2s-1的条件下,纳米Ni和Ni/SiCp纳米复合材料均表现出超塑性.当温度为450℃、应变速率为1.67×10-2s-1时,在Ni/SiCp中获得最大延伸率为836%;在同样的温度下应变速率为1.67×10-3s-1时纳米Ni获得最大延伸率为550%.对超塑性变形后组织的分析表明,晶界滑移是主要变形机制,晶粒长大至亚微米/微米量级后,变形机制是位错协调晶界滑移和位错滑移塑性.     

细化晶粒对钛合金超塑性的影响

钛合金是一种重要的结构材料,晶粒尺寸对其超塑性能有着显著的影响,细晶或超细晶是钛合金在低温或高应变速率条件下获得优异超塑性性能的重要组织条件.概述了国内外钛合金细晶超塑性技术的研究进展,介绍了目前常用的制备细晶钛合金的方法(如大塑性变形法及氢处理技术)及其超塑性性能,展望了钛合金细晶超塑性技术未来的发展趋势.通过晶粒的细化,钛合金超塑性能及成形效率得到了极大提高,有利于实际生产中降低工具损耗和生产成本,为钛合金超塑成形技术的进一步推广和应用奠定了基础.     

FGH96合金热挤压棒材超塑性研究

对热挤压FGH96合金棒材超塑性进行了研究,结果表明:挤压FGH96合金在1050℃和1100℃的变形温度下具有良好的超塑性,在变形温度为1100℃初始应变速率为3.33×10-4s-1进行超塑拉伸时,伸长率可以达到405%,流变应力降低到32MPa。显微组织分析表明,FGH96合金经控制冷却速度的预热处理后,合金中γ′相尺寸及间距较大,能够促进合金在后续变形过程动态再结晶的发生,并阻碍晶粒快速长大。FGH96合金在挤压变形后发生了明显的动态再结晶,但由于再结晶进行的不充分,晶粒内部仍存在大量变形亚结构,这种亚稳态组织在超塑变形过程中通过进一步回复和再结晶,可以获得平均晶粒尺寸为10μm左右的等轴、均匀、稳定的细晶组织,使合金具有良好的超塑性。