AZ31镁合金中拉伸孪晶静态再结晶的分析

基于前期工作对压缩孪晶静态再结晶的分析,主要利用XRD和EBSD技术进一步研究AZ31镁合金中拉伸孪晶静态再结晶过程中组织和织构的演变规律,以及再结晶初期新晶粒的取向特征,结果表明:拉伸孪晶不能有效地促进再结晶形核,其细化晶粒的效果不显著,其再结晶速率显著延迟于压缩孪晶;退火过程中并没有生成新的再结晶织构组分,表现为初始基面织构的减弱;新晶粒优先在拉伸孪晶的变体交叉处,或拉伸孪晶与压缩孪晶的交叉处形核,但其取向规律性不强,没有遵循初始拉伸或压缩孪晶内的取向规律,同时还对拉伸与压缩孪晶的再结晶行为进行了比较。     

孪晶界对AZ31镁合金静态再结晶的影响

对铸态AZ31镁合金进行不同变形量的锻造或压缩室温变形,然后经过不同温度和时间的退火保温,研究孪晶界对合金静态再结晶过程的影响。结果表明,锻造产生的孪晶较短且取向错乱,而压缩变形产生的孪晶则较狭长,同取向的孪晶大量聚集、平行排列,这与锻造和压缩两种变形方式的形变速率不同有关。退火保温实验结果表明,在相同条件下,锻造变形镁合金孪晶处比压缩变形镁合金孪晶处更易发生再结晶。研究不同孪晶处的形核方式,提出低温"孪晶界凸出形核"机理,发现某些孪晶变体即二次孪晶处并不是优先形核的位置,这与经典的孪生形核理论的观点不同。     

孪晶类型对AZ31镁合金静态再结晶的影响

对轧制下压方向平行和垂直晶粒c轴的两类板材进行150℃轧制(5%下压量)后,利用背散射电子衍射分析(EBSD)研究了轧制试样中不同类型的孪晶组织对静态再结晶的晶粒形核、微观组织及织构的演变的影响。结果表明:含有大量{1011-}-{1012-}双孪晶的样品中,二次孪生有效促进再结晶形核,显著细化晶粒。再结晶晶粒取向规律性不强,有效削弱基面织构。而含有大量{1012-}拉伸孪晶的样品,拉伸孪晶不能有效促进再结晶形核。退火过程中基体不断长大,当再结晶驱动力足够大时,基体会吞并周围拉伸孪晶,同时诱发织构改变,基体取向的织构逐渐增强,拉伸孪晶取向的织构逐步减弱。     

挤压态镁合金板材复合变形过程中的孪晶组织演变规律

采用扫描电镜(SEM)研究了挤压态镁合金压痕—压平复合变形过程中动态再结晶及孪晶组织演变规律。结果表明:在镁合金压痕—压平复合变形过程中,随着复合变形系数和变形温度的增加,AZ31镁合金的孪晶数量逐渐增多,动态再结晶程度增大,晶粒细化效果明显。动态再结晶的主要形核之处是原始晶粒的晶界处,动态再结晶新晶粒产生于原始晶粒的晶界处,且形状为典型的项链状结构,孪晶界也是动态再结晶的有利形核位置。在压痕-压平复合变形过程中,较低的变形温度和较大的变形程度有利于孪晶组织的形成,且孪晶组织容易出现在大晶粒内部。     

热轧Mg-1Zn和Mg-1Y合金退火组织演变及静态再结晶行为

对比研究了高温轧制制备的Mg-1.02Zn及Mg-0.76Y(质量分数,%)合金在不同温度退火条件下的组织演变及静态再结晶和晶粒长大动力学行为.结果表明,Mg-1Zn合金的轧制组织以剪切带和孪晶为主,在剪切带和孪晶内伴随着动态再结晶;而Mg-1Y合金的轧制组织中只有孪晶,未观察到剪切带和再结晶发生.退火过程中,Mg-1Zn合金静态再结晶过程主要受控于形核过程,而Mg-1Y合金则既受控于形核过程又受控于长大过程.利用经典的JMAK模型和长大模型分别描述了2种合金热轧制后的静态再结晶和晶粒长大动力学过程,结果表明,静态再结晶过程的Avrami因子n值与理想预测值偏离可能来自于再结晶的不均匀形核.固溶稀土Y原子比Zn原子对晶界移动的拖曳作用更强,导致Mg-1Y合金比Mg-1Zn合金晶粒长大因子n’更高.     

Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金热压缩变形的动态再结晶机制（英文）

在变形温度为450°C和应变速率为2 s-1的条件下对均匀化退火后的Mg-7Gd-4Y-1Nd-0.5Zr合金进行热压缩试验。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)综合分析合金变形过程中的动态再结晶机制。采用电子背散射衍射(EBSD)获得晶体微取向信息。结果表明:随应变逐渐增加到-1.88,合金流变应力先快速升高到某个峰值,随后下降到最低值,最后又开始逐渐上升。在低应变下,大量{1 012}拉伸孪晶诱发形核形成动态再结晶晶粒,导致晶粒明显细化。动态再结晶晶粒首先在孪晶边界进行形核,且与孪晶母体存在30°0001的取向差。在大应变下,合金组织中在原始大晶粒附近形成细小动态再结晶晶粒,且从原始大晶粒内部到其晶界处的累积微取向连续增加,从而确定合金发生了连续动态再结晶。合金中也发现了粒子激发形核的动态再结晶机制。     

激光立体成形GH4169合金再结晶过程中的界面和晶体取向演化

利用电子背散射衍射技术,对激光立体成形GH4169镍基高温合金沉积态试样以及1100℃保温5和30 min水淬后试样的显微组织、晶界特点和晶体取向等进行了分析.结果表明,再结晶过程中随晶粒尺寸得到细化的同时,各晶粒的晶体取向逐渐变得随机,消除了沉积态材料中原本存在的各向异性,合金的界面特点也发生变化,大角度晶界数量逐渐增多,且再结晶后期11160°孪晶界大量出现,占总界面体积分数的44%,孪晶的形成对激光立体成形GH4169合金的晶粒细化起了很重要的作用;再结晶形核机制在再结晶初期以原始晶界的亚晶形核和晶界弓出机制为主,孪晶相关的晶粒细化机制是再结晶后期晶粒细化的重要机制.     

AZ31B镁合金的低温压缩变形机制

利用Geeble1500热模拟实验机对双辊连续铸轧AZ31B镁板在变形温度为100℃,应变速率为10-3s-1的条件下进行单轴压缩变形,并利用金相显微镜和透射电子显微镜对其微观组织进行观察。结果表明:在上述的条件下变形时,合金中产生大量的孪晶,孪晶与孪晶之间相互交截,在孪晶界及孪晶交截区出现大量的位错,并且有动态再结晶核心及再结晶小晶粒,说明该合金中动态再结晶形核位置主要为孪晶界及孪晶-孪晶交截区。     

金属铍静态再结晶行为

通过热压缩和真空退火实验研究了金属铍低温形变(应变温度350℃,应变速率10^-3s^-1,应变量30%)后在680～880℃温度区间退火组织演变规律。结果 表明:金属铍具有独特的静态再结晶行为,再结晶晶粒首先在{10■2}<10■>拉伸孪晶界处形核,机理为应变诱导的孪晶界弓出形核。晶界“弓出”形核落后于孪晶界“弓出”形核的原因是BeO杂质对原始晶粒晶界钉扎,阻碍了其界面的迁移。孪晶界和原始晶粒晶界“弓出”形核是金属铍主要的形核方式,晶内直接形核和杂质处形核是其次要的形核方式。低温形变铍在680～880℃内退火均能够获得晶粒细化的完全再结晶组织,且没有再结晶织构形成。金属铍的再结晶晶粒不易长大,原因也是由于BeO杂质对晶界迁移的钉扎作用。在680,730,780,830和880℃退火,完成再结晶时间分别大约为2160,180,20,5和4 min。金属铍350℃下压缩发生{0001}基面滑移和{10■2}类孪晶变形,形变机理与室温相同,没有随温度升高而发生改变,仍保持金属铍特有的反常变形行为。     

中高应变速率轧制AZ31镁合金边裂组织研究

对铸态AZ31镁合金进行了轧制温度为320～460℃、平均应变速率为1.9～7.8 s ^-1的中高应变速率轧制，研究了不同轧制工艺参数下AZ31镁合金板的边裂长度及形核、扩展和止裂机制。结果表明，随着轧制温度的升高，边裂平均长度整体呈下降趋势。随着平均应变速率的增加，轧制边裂得到改善。边裂扩展路径上孪晶和再结晶是主要的微观结构。在中等应变速率轧制中，再结晶不完全，粗晶区和细晶区均存在。在高应变速率轧制中，再结晶速率快，再结晶完全，因此微观组织以细晶区为主。粗晶区的边裂由孪晶诱导产生并在边裂扩展路径上产生大量的孪晶，在边裂尖端，孪晶再结晶的产生抑制了边裂的扩展。细晶区的边裂是由孔洞形核、长大和合并引起的，大量细小的再结晶晶粒阻碍了边裂扩展，且晶粒越细小，边裂扩展受阻程度越大。     

FGH4096粉末高温合金的热变形行为

对FGH4096合金进行了变形温度1050～1140℃,应变速率0.001～2s-1的热压缩实验。分析了合金的流变行为,构建了Arrhenius型本构方程,得到合金的热变形激活能为870.785kJ/mol。并建立了能够准确描述热加工过程中能量耗散情况和预测变形失稳的热加工图。结果表明:能量耗散与动态再结晶和晶粒长大有关,在变形温度Td为1050～1070℃,应变速率ε为0.001～0.01s-1范围内,峰值耗散率为61%(1050℃,0.001s-1),此区域易形成"项链"组织,很多晶粒处于形核阶段;在Td为1100～1140℃,ε为0.001～0.01s-1范围内,能量耗散峰值达50%(1110℃,0.001s-1),此时,晶界迁移显著,再结晶晶粒明显长大;在Td为1070～1100℃,ε为0.01～0.1s-1范围内,能量耗散率大于39%左右,再结晶完全、晶粒细小。Td为1060～1100℃,ε为0.5～2s-1时,合金落入流变失稳区,能量耗散率达到最小值,局部变形严重是造成流变失稳的重要原因。     

夹杂物对FGH95粉末高温合金切削加工力学特性的影响

FGH95粉末高温合金作为一种高强度、高耐热性的镍基高温合金,常用在制造先进航空发动机的压气机盘、涡轮盘、涡轮轴以及涡轮盘挡板等高温承力转动部件,是一种典型的难加工材料.FGH95粉末高温合金中非金属夹杂物的成分、含量、分类、形貌对粉末高温合金材料性能有着重要的影响.从切削加工角度,采用力学分析和显微镜观察的方法研究了FGH95粉末高温合金中非金属夹杂物对切削加工刀具的影响,分析了切削加工时非金属夹杂物的力学特性,提出了夹杂物在切削加工过程中的变形机理.     

Cooling γ precipitation behavior and strengthening in powder metallurgy superalloy FGH4096

Two cooling schemes (continuous cooling and interrupted cooling tests) were applied to investigate the cooling γ precipitation behavior in powder metallurgy superalloy FGH4096.The effect of cooling rate on cooling γ precipitation and the development of γ precipitates during cooling process were involved in this study.The ultimate tensile strength (UTS) of the specimens in various cooling circumstances was tested.The experiential equations were obtained between the average sizes of secondary and tertiary γ precipitates,the strength,and cooling rate.The results show that they are inversely correlated with the cooling rate as well as the grain boundary changes from serrated to straight,the shape of secondary γ precipitates changes from irregular cuboidal to spherical,while the formed tertiary γ precipitates are always spherical.The interrupted cooling tests show that the average size of secondary γ precipitates increases as a linear function of interrupt temperature for a fixed cooling rate of 24℃/min.The strength first decreases and then increases against interrupt temperature,which is fundamentally caused by the multistage nucleation of γ precipitates during cooling process.     

热挤压态FGH95合金的动态再结晶机制研究

针对热挤压态FGH95合金进行变形温度为1050~1120 ℃、变形量为50%和70%、应变速率为10?4~1 s?1的热压缩试验,研究该合金动态再结晶（DRX）的组织演变和形核机制。结果表明:提高变形温度和降低应变速率可以促进小角度晶界向大角度晶界迁移,有利于动态再结晶晶粒的长大;变形温度和变形量对热挤压态FGH95合金的动态再结晶机理的影响不明显,而应变速率对动态再结晶机制影响较大;随着应变速率的增加,热挤压态FGH95合金由不连续动态再结晶机制逐渐转变为连续动态再结晶机制;热挤压态FGH95合金的动态再结晶以不连续动态再结晶形核机制为主,以连续动态再结晶形核机制为辅;在1050 ℃、1 s?1变形条件下,热挤压态FGH95合金发生连续动态再结晶形核。     

激光直接沉积界面超声反射与力学性能关系研究

通过对激光直接沉积制备的FGH96粉末高温合金与K441高温合金界面超声回波的研究,分析界面回波高度变化的原因,在不同回波高度位置取样进行室温拉伸性能测试,断口观察并利用EBSD测量K441高温合金的晶粒取向。结果发现,不同回波高度位置取出的试样拉伸性能差异不大,回波高度与拉伸性能无明显相关性,试样回波高度的变化主要是由于K441高温合金粗晶粒取向不同造成的,FGH96粉末高温合金/K441高温合金界面可能产生φ1.2 mm平底孔当量的伪缺陷显示。     

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。     

高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验和高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察和成分分析,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受疲劳载荷作用期间位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与疲劳加载的应力水平表现出明显的相关性。断口显微组织分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。     

镍基粉末高温合金FGH4096中γ′相完全溶解温度的测定

通过JmatPro软件测试了镍基粉末高温合金FGH4096平衡相图,并根据γ′相平衡态溶解温度采用OM和SEM等方法研究了不同固溶温度下的γ′相溶解结果。结果表明,热力学软件JmatPro计算的FGH4096合金中的γ′相在930~1100 ℃大量溶解,完全溶解温度在1100 ℃以上。从1110 ℃到1130 ℃晶粒尺寸从16.1 μm长大至18.2 μm,变化不明显,从1130 ℃到1160 ℃,晶粒迅速从18.2 μm长大到28.6 μm。镍基粉末高温合金FGH4096中的γ′相起到强化作用的同时,对晶粒长大具有阻碍作用,随着固溶温度从1110 ℃升至1130 ℃,γ′相含量减少,其对晶粒的钉扎作用降低,导致晶粒有所长大。1130 ℃以上时,γ′相完全溶解,γ′相钉扎作用消失,晶粒迅速长大。最终确定FGH4096合金中γ′相实际的完全溶解温度为1130~1140 ℃。     

固溶热处理对新型镍基粉末FGH98Ⅰ高温合金组织与性能的影响

对新型镍基粉末高温合金(FGH98Ⅰ)在不同温度下进行固溶热处理,采用热力学相计算、光学显微镜、场发射扫描电镜及化学相分析等研究了亚固溶和过固溶合金的析出相和显微组织,并综合分析了组织与性能的关系。结果表明:FGH98Ⅰ合金经1130℃亚固溶和1190℃过固溶处理后的析出相均为γ’、MC、M23C6和M3B2等,未发现TCP(拓扑密堆)相。FGH98Ⅰ合金亚固溶热处理后晶粒稍有长大,存在尺寸不同的初次、二次和三次γ′相;过固溶热处理合金的晶粒明显长大,存在单模分布的二次γ′相;前者由于晶粒较小使强度更高,后者因减小二次γ′相尺寸和消除初次γ′相,PPB(原始颗粒边界)和残余枝晶,提高了合金的高温塑性和持久性能,说明不同晶粒尺寸和γ′相特征是FGH98Ⅰ盘件获得双性能的关键因素。     

FGH96粉末高温合金损伤行为与寿命预测

粉末高温合金中缺陷,尤其是非金属夹杂缺陷不可避免。为了对粉末高温合金的可靠应用,除需在工艺上进行控制以减少缺陷外,还必须研究缺陷对粉末高温合金的损伤行为,及根据粉末高温合金的疲劳特性研究粉末高温合金的寿命预测方法。针对我国先进航空发动机涡轮盘选材的第二代损伤容限型粉末高温合金FGH96,分析了国内外粉末高温合金的发展与应用状况,叙述了其缺陷特性以及缺陷对FGH96粉末高温合金的影响规律,介绍了FGH96粉末高温合金的断裂特征以及裂纹萌生与扩展特性,分析了粉末高温合金寿命预测研究的相关工作,并探索性阐述了基于原始疲劳质量的粉末高温合金寿命预测方法。