粗晶铝合金超塑性变形机理的研究现状

介绍了国内外粗晶铝合金超塑性的基本研究情况。对粗晶铝合金超塑性变形机理的研究进行归类总结，主要包括：扩散蠕变机理、伴随扩散蠕变的晶界滑移机理、位错蠕变/滑移机理、液相协调机理、动态再结晶机理、晶粒群滑移机理和空洞连接协调机制。并针对低成本发展铝合金超塑性研究的迫切性，展望了粗晶材料的应用前景。指出了除大晶粒外，高应变速率和低温条件下的超塑性也是目前铝合金变形研究的方向。     

细晶超塑性与热处理

在各种类型超塑性中，细晶超塑性是目前国内外研究得最为广泛的一种。获得细晶超塑性的基本条件之一是材料应具有微细等轴晶粒，一般晶粒尺寸应小于10μm，最好在0.5～1．5μm，并应保持等轴状[1，2]。此外，在超塑性温度下，晶粒还应具有较好的热稳定性。而获得这种晶粒与热加工工艺，特别是热处理工艺密切相关。1为什么要获得微细等轴晶粒普遍认为，超塑变形是晶界行为起主要作用。细晶超塑性变形的主要机制是有扩散蠕变、晶内滑移等机制协调的晶界滑移[3]。晶界迁移、晶界滑移有助于在超塑变形过程中的应力松弛，提高塑性，防止裂纹产生…     

2214铝合金超塑性变形机制

温轧态２２１４铝合金在超塑性变形过程中，由于动态回复和动态再结晶的作用，使晶内位错密度在一定程度上保持平衡。超塑性变形的主要机制为晶界滑动；晶内位错滑移和扩散蠕变作为重要的协调机制，促进了晶界滑动的顺利进行。该合金的超塑性变形机制符合位错协调晶界滑动模型。     

EBSD Study on the Superplastic Deformation of Mg-7.0Al-0.4Zn Magnesium Alloy

采用EBSD分析技术研究了Mg-7.0Al-0.4Zn镁合金超塑性变形机制。结果表明,超塑拉伸变形主要是通过晶界滑动和晶内塑性滑移协调完成的。变形初期,随着变形量的增大,{0002}//ED的织构明显增强,晶内滑移起主要协调变形作用。变形中后期孪生开动,接近断裂时,晶内滑移基本消失,孪生成为主要的协调变形机制,但孪生的贡献较小。     

细晶Ti-6Al-4V宽幅板材的超塑性变形机理及组织演变

通过恒应变速率拉伸试验,在1103~1223 K温度范围、3.2×10-4~1×10-2s-1应变速率范围内,研究了Ti-6Al-4V宽幅板材的超塑性,在实验中获得了100%-604%的延伸率。分析了组织演变和变形机理,结果表明,其主要变形机理为晶界滑移,以晶内位错运动和β相的晶内滑移为协调机制。实验中还发现在低温下变形时,Ti-6Al-4V宽幅板材存在各向异性,当在高温下变形时,各向异性不太明显。     

合金激光表面熔凝组织的超塑扩散连接机理

研究了合金激光表面熔凝组织在超塑扩散连接中的细晶超塑变形和扩散机。对金属高温力学行为和晶界滑移微观机制的分析表明，激光表面改性获得的细晶组织，在连接过程中发生超塑变形，加速了空隙闭合；激光表面熔凝组织超塑扩散连接中出现了以晶界扩散为主的扩散模式，晶粒细化带来的晶界体积百分数的增加，提高了扩散速率；非平衡组织扩散性能以及非平衡晶界迁移加速了界面区空位、位错消除和再结晶过程。     

细晶Ti-6Al-4V宽幅板材的超塑性变形机理及组织演变（英文）

通过恒应变速率拉伸试验,在1103～1223 K温度范围、3.2×10~(-4)～1×10~(-2)s~(-1)应变速率范围内,研究了Ti-6Al-4V宽幅板材的超塑性,在实验中获得了100%-604%的延伸率。分析了组织演变和变形机理,结果表明,其主要变形机理为晶界滑移,以晶内位错运动和β相的晶内滑移为协调机制。实验中还发现在低温下变形时,Ti-6Al-4V宽幅板材存在各向异性,当在高温下变形时,各向异性不太明显。     

脉冲电流对2091Al-Li合金超塑变形机理的影响

分析了脉冲电流对２０９１Ａｌ－Ｌｉ合金超塑变形中晶内位错滑移、晶界位错滑移及原子扩散的影响。研究表明,脉冲电流促进位错滑移及增殖,降低原子扩散激活能,加速位错在晶界上的攀移,从而提高了超塑变形在高应变速率下的可能性。据此,建立了施加脉冲电流条件下的超塑变形速率方程。     

Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的孪晶超塑性

对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金Ext-T5态进行高温拉伸时发现,合金在400 ℃时产生孪晶超塑性,在晶界上有大量的再结晶和晶内有大量的孪晶共存的奇异现象;孪晶的生成调整了晶粒取向并释放了变形过程中产生的局部应力集中,导致组织中不产生裂纹和空洞;合金的变形机制是一种新的超塑性变形机制,即在晶界上以再结晶方式进行晶界滑移和在晶内以孪生方式进行协调的超塑性变形机制.     

脉冲电流条件下工业态AZ31镁合金板材的气胀成形

为解决工业态非细晶AZ31镁合金板材气胀成形能力差、成形极限低等问题,将脉冲电流引入到材料的气胀成形过程中,并对工业态非细晶AZ31镁合金板材进行脉冲电流辅助气胀成形研究。自由胀形实验表明:脉冲电流可提高工业态非细晶AZ31镁合金板材的气胀成形极限。显微组织分析表明:在脉冲电流辅助变形条件下,非细晶AZ31镁合金板材的气胀成形是多种变形机制综合作用的结果,这包括晶界滑移及扩散蠕变,晶内位错滑移及孪晶变形等。对脉冲电流作用机制的分析表明:脉冲电流可提升位错的扩散活性,增强其可动性,从而促进了上述变形机制的作用效果,提高了材料的气胀成形能力。     

Ti—Co（Ni）—Al系合金的超塑性研究

研究了Ti-Co(Ni)-Al系合金的低温高速超塑性行为,表明该合金系在很宽的应变速率范围内((?)=10~(-1)～10~(-3)S~(-1))和较低的变形温度下(700—750℃)具有良好的超塑性。Ti-Co-Al合金最高延伸率大于2000%,m值为0.58—0.70。认为超细的α晶粒和均匀弥散的第二相粒子Ti_2Co(Ti_2Ni)等是有利于合金超塑性变形的显微组织因素。用TEM和SEM对超塑拉伸过程中合金显微组织的变化进行了观察,发现晶界滑动和晶粒转动是Ti-Co(Ni)-Al系合金超塑变形的主导机制,而位错运动产生的晶内滑移是其重要的伴随机制。此外由于Co,Ni等元素在钛中具有很高的扩散速率,促进了Ti-Co(Ni)-Al系合金超塑变形时的晶界和晶内滑移。     

T型通道挤压变形Mg-1.5Mn-0.3Ce合金的超塑性和组织演变

采用T型通道挤压(TCP)对Mg-1.5Mn-0.3Ce合金(质量分数,%)进行了4道次热挤压变形,其平均晶粒尺寸由原始轧制态的35μm细化至2μm;TEM观察表明,经TCP变形后细小的第二相粒子Mg_(12)Ce弥散分布于晶内及晶界处.变形合金在573—673 K及1×10~(-1)—4×10~(-4)S~(-1)应变速率范围内显示良好的超塑性变形;在温度为673 K及3×10~(-3)s~(-1)条件下,得到最大的断裂延伸率为604%,应变速率敏感系数m为0.36.超塑性变形后断裂区域显微组织观察表明,Mg 1.5Mn-0.3Ce合金超塑性变形的主要机制为晶界滑移,在较高温度、较低应变速率条件下超塑性变形时出现晶内滑移现象,作为超塑性变形的协调机制促进晶界滑移,随应变速率的降低或温度的升高晶内滑移越明显.     

多晶Be室温拉伸变形和断裂行为

通过SEM原位拉伸实验观察室温下多晶Be的变形、裂纹萌生和扩展过程,利用电子背散射衍射(EBSD)标定断裂解理面,结合OM分析孪晶变形,研究多晶Be室温拉伸变形和断裂行为及其机理.结果表明,室温拉伸应力条件下,多晶Be的滑移和孪晶变形均难以发生.滑移带仅在少数取向有利的晶粒中出现,最终孪晶变形晶粒约占晶粒总数的5%.变形过程中存在(0001)基面和{1010}柱面之间的交滑移.多晶Be的微裂纹起源于晶界一侧,发生穿晶扩展后,在另一侧晶界终止,裂纹萌生符合Stroh位错塞积生裂纹理论.因晶界对裂纹强烈的阻碍作用,多晶Be的裂纹长大依靠不同微裂纹之间的汇合,汇合路径有解理台阶和撕裂2种.多晶Be断裂基本解理面为(0001)基面和{1010}柱面,两者均是多晶Be解理萌生和扩展的主要路径.未观察到因孪晶变形诱发的微裂纹.     

NiAl基多相金属间化合物的显微组织,超塑性研究

本文研究了金属间化合物Ni—25Al—25Cr的显微组织和超塑性及其变形机理.该合金的显微组织由NiAl则基体和α-Cr,β-Ni（Al,Cr）;γ'-Ni3（Al,Cr）的三元共晶体组成,在NiAl基体中还均匀分布着大量弥散的α-Cr沉淀相在1123—1223K之间以22×10-43．3×10－2S－1的应变速率拉伸变形时．该合金表现出高达480％的超塑性超塑性变形的断裂主要是由于晶界滑移和晶粒转动所产生的空洞和晶内解理所致.本文还对超塑性变形的机理进行了初步讨论.     

镁合金超塑性变形的复合机制

本文选用大晶粒和微细晶粒两种镁合金,利用现代测试手段进行超塑性变形机制的研究.结果表明,在超塑性变形条件下,两种合金都显示以晶界滑动为主的,由扩散蠕变和位错滑移所协调的复合变形机制.作者提出一个包括三种变形机制在内的复合机制模型.在超塑性变形中,下层金属晶粒通过晶界滑动不断涌现到试样表面横向晶界发生宽化及空洞的地方,从而不断增加沿拉伸轴方向上的晶粒数.这是试样在拉伸变形中获得非常大的伸长量的原因.     

A COMPLEX DEFORMATION MECHANISM FOR SUPERPLASTIC DEFORMATION OF Mg ALLOY

本文选用大晶粒和微细晶粒两种镁合金,利用现代测试手段进行超塑性变形机制的研究.结果表明,在超塑性变形条件下,两种合金都显示以晶界滑动为主的,由扩散蠕变和位错滑移所协调的复合变形机制.作者提出一个包括三种变形机制在内的复合机制模型.在超塑性变形中,下层金属晶粒通过晶界滑动不断涌现到试样表面横向晶界发生宽化及空洞的地方,从而不断增加沿拉伸轴方向上的晶粒数.这是试样在拉伸变形中获得非常大的伸长量的原因.     

二维超声磨削微纳米复相陶瓷表面变质层特性研究

利用二维超声振动磨削,对微纳米复相陶瓷磨削表面变质层的结构、晶粒度和晶格畸变等进行研究.在一定的磨削条件下,微纳米复相陶瓷二维超声振动磨削表层是以晶粒碎化的材料粉末化以及少量的材料压碎和晶粒脱落等方式为主的塑性变质层,亚表层是以晶格畸变、晶界滑移为主的塑性变形层,材料脆性碎裂去除方式极少,以塑性变形去除机理为主.为此提出了微纳米复相陶瓷二维超声振动磨削表面变质层结构模型.通过TEM,SEM观察发现:纳米材料微观变形机理为内晶型结构增强相的晶粒内位错,基体晶粒的晶界滑移、晶间第二相的变形为其变形协调机制.由于纳米粒子分散在晶界间,阻碍了裂纹的扩展,使得材料表现为穿晶断裂行为,从而获得良好的加工表面.     

航空接头锻件低速等温模锻成形及其塑性变形微观机理

采用低速等温模锻工艺制备7A85铝合金航空接头锻件,并对其在低速等温条件下塑性变形的微观机理进行分析。结果表明:低速等温模锻工艺有利于航空接头锻件的塑性成形,锻件成形质量良好,且锻件内部显微组织细小均匀。在低速等温变形条件下,晶界滑移是航空接头锻件塑性变形的主要机制,而扩散蠕变是晶界滑移的主要因素。基于空位扩散理论,建立7A85铝合金航空接头锻件在极低变形速度条件下的塑性变形本构方程,为低速等温锻造工艺提供理论指导。     

Inconel 740H合金原位高温拉伸微裂纹萌生扩展研究

利用自主研发的SEM原位高温拉伸台,研究了750℃高温条件下镍基高温合金Inconel 740H单轴拉伸变形过程中微观组织演变规律及微裂纹萌生与扩展机制。结果表明,在室温和高温条件下,Inconel 740H合金变形过程中晶界是主要的裂纹萌生源,但是在室温时微裂纹也会在晶内萌生。通过对原位变形机制的分析表明,750℃高温不仅降低了滑移系的开启能量,使更多的滑移系容易开动,而且弱化了晶界强度,使晶界具有弯曲和滑移的变形特性,从而增强了合金的塑性协调变形能力,但是却降低了合金的屈服强度和抗拉强度,高温同时也使合金晶界的相对强度弱化,导致微裂纹更易从晶界处萌生并扩展。     

细晶Ti-17粉末合金的超塑性变形机制研究

采用粉末热等静压+等温锻造复合工艺制备出细晶Ti-17粉末合金材料,并研究了粉末合金在不同条件下的超塑性变形特性。结果表明:粉末热等静压+等温锻造复合工艺可制备出细晶Ti-17粉末钛合金,合金退火后组织内部等轴α相细小。在780~920℃以及应变速率5×10~(-4)~1×10~(-2)s~(-1)内粉末合金都具有超塑性。粉末合金超塑性变形是以晶界滑动为主,以扩散蠕变和晶内位错滑移为辅。孔洞的形核、长大和连接是导致粉末合金超塑性变形失效的主要原因。