温度和应变率对多晶纯钛孪晶变形的影响

在自行研制的杆杆型高温冲击拉伸实验装置上对多晶纯钛在不同温度(298～973 K)、高应变率(3 00和1 400/s)下的拉伸力学行为进行研究,并通过与准静态下(0.001和0.01/s)的实验结果相比较,揭示纯钛中孪晶变形在拉伸载荷下与温度和应变率的相关性.结果表明,孪晶变形与温度和应变率有着明显的相关性,其密度随着应变率的增加而增大,随着温度的升高而锐减.基于上述实验结果,考虑位错运动和孪晶变形对纯钛塑性变形的影响,建立纯钛温度和应变率相关的宏观本构模型.数据拟合结果表明,该本构模型能够很好地描述纯钛的温度和应变率相关的拉伸力学行为.     

纯钛喷丸强化层中的变形李晶

利用光学显微分析（OM）、扫描电子显微分析（SEM）及透射电子显微分析（TEM）对喷丸强化工业纯钛表层组织特征进行了研究。结果发现：在强化层组织中形成了高密度位错和大量变形孪晶。变形孪晶数量随层深的增加而减小,且其因多晶体晶粒之间的变形协调而通常被限制在一个晶粒内。变形孪晶在晶内的长大过程中,产生的强烈交互作用和在局部地点的断开造成了疲劳裂纹的早期萌生。     

大晶粒纯镁疲劳变形过程中交叉滑移迹线的分析

在室温条件下研究了大晶粒纯镁疲劳变形过程中有可能激活的滑移系统及滑移迹线。结果表明,经过疲劳变形后大量的纵横交叉滑移迹线在样品表面产生,基于晶粒取向与滑移迹线方向的综合判定,这种纵横交叉滑移迹线是由反复疲劳变形过程中基体的基面滑移与同一区域内｛102｝孪生过程中所再次产生的基面滑移而形成。通过实验观察到最有可能发生的锥面滑移系统为在｛101｝面上所产生的<113>锥面滑移,但总体上来说,基面的滑移迹线比锥面的滑移迹线更密集,这说明锥面滑移在整个疲劳变形过程中被抑制。     

表面强化对工业纯钛显微组织的影响

工业纯钛经喷丸,滚压强化后,疲劳强度得到不同程度的提高,逐层TEM亚结构对比分析结果表明,工业纯钛疲劳强度的提高和强化层组织中孪晶的形成有关,工业纯钛疲劳前后组织中主要是位错数量的变化,而强化试样疲劳前后组织的结构既有位错,孪晶数量的变化,又有孪晶－晶界,孪晶－孪晶之间的交互作用,喷丸较滚压强化效果显著的部分原因是表层形成了准孪晶栅栏。     

粗大晶粒TA2纯钛的准静态拉伸行为及其机制

采用OM、SEM、EBSD等方法对41、63、323 μm 3种晶粒尺寸TA2纯钛的准静态拉伸行为及其机制进行研究.结果 表明:晶粒粗化导致TA2具有更高的均匀变形能力.究其原因,晶粒尺寸越大,变形时孪晶活性越强.孪晶界起到分割晶粒的作用,可减少位错有效滑移距离,阻碍位错运动,故对材料的整体应变硬化率起到正向作用.当晶...     

粗晶粒Al多晶试件拉伸变形局部化的数值模拟

采用二维随机有限元法（SFEM）模拟了准静态拉伸载何下具有随机不均匀材料属性的粗晶粒Al多晶试件的力学响应,模型考虑了晶粒的弹性各向异性和由于位错不均匀分布引起的晶粒屈服强度的差异,探讨了晶粒屈服强度分布及其样本差异对试件力学响应的影响。     

室温等径弯曲通道变形工业纯钛的组织及性能研究

采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具,在室温下成功实现了工业纯钛单道次等径弯曲通道变形（ECAP）,并对变形试样进行（200～500）℃×0.5h退火,研究了试样显微组织和力学性能。结果表明,工业纯钛经单道次ECAP变形后,组织内存在大量的形变孪晶;晶粒碎化成板带状组织;屈服强度和显微硬度显著提高,并保持了足够的塑性;退火温度低于300℃时,显微硬度下降缓慢;高于300℃时,显微硬度显著下降。     

表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响

通过SMAT技术实现了工业纯钛表面纳米化,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析技术对表面纳米结构层进行了表征,对比研究了工业纯钛和经SMAT处理表面纳米化工业纯钛的拉伸性能,讨论了表面纳米化对工业纯钛拉伸性能的影响。结果表明:经SMAT处理后,由于表面纳米晶的形成和变形层中高密度的孪晶与位错共同的作用,工业纯钛的屈服强度、抗拉强度提高而伸长率降低。试样经SMAT处理后,沿处理面到中心晶粒尺寸不同,使得SMAT试样拉伸断裂后处理面与中心的断裂类型不同,表面纳米晶层和亚晶层的断裂主要是滑移分离断裂,而基体粗晶部分断裂为微孔聚集型断裂。     

不同温度下Ti6321合金的拉伸行为及塑性变形机制

为了研究Ti6321合金在不同温度下的服役性能及其塑性变形机制,在–196～400℃下对其进行拉伸性能测试并对断口形貌和显微组织进行分析。结果表明,随着温度的升高屈服强度和抗拉强度逐渐降低,屈强差和断面收缩率逐渐增大;延伸率在–100℃降至16.0%,之后随着温度的升高而升高。不同温度下Ti6321合金的塑性变形机制有所不同。25℃下Ti6321合金塑性变形机制主要为柱面滑移。–196℃下Ti6321合金的位错滑移受到抑制,此时等轴α相滑移类型为柱面滑移、一级锥面和滑移,片层α相滑移类型为基面滑移和二级锥面滑移;但{1012}和{1122}孪晶开动使塑性得到恢复,变形机制为滑移、孪生共存,以滑移为主。200℃和400℃下Ti6321合金位错交互作用强烈,可发现位错网等位错组态特征,同时有少量{1012}孪晶开动,变形机制主要为位错滑移。等轴α相与片层α相中的滑移类型相同,为柱面滑移和二级锥面滑移。     

纯钛晶粒间反应应力对低轧制变形量取向变化的影响

用扫描电镜和背散射电子衍射技术观察了低轧制变形量工业纯钛晶粒取向与形状的变化,统计观测分析了变形过程中实际开动的滑移系,研究了变形过程中晶粒间的力学交互作用及其对滑移系开动和取向演变的影响。用Sachs模型和反应应力模型(RS模型)模拟计算了晶粒变形过程中开动的滑移系及取向的演变。结果显示,工业纯钛多晶体中各晶粒的塑性应变并不符合Taylor变形原则,Sachs模型能够部分地揭示滑移系的开动过程和取向演变的趋势。晶粒的塑性变形不仅取决于外应力的作用,晶粒间的反应应力也会对滑移系的开动和取向演变产生重要影响。采用基于晶粒间交互作用的反应应力模型可以更全面的揭示滑移系的开动过程,更准确的预测变形后的晶粒取向。晶粒间反应应力的高低受多种因素影响,其中,晶粒自身取向及其与周围晶粒取向关系对反应应力大小有重要影响。     

TC4钛合金室温滞后回弹研究

为了探明TC4钛合金室温下的滞后回弹效应,采用万能试验机进行了不同预应变和不同加载速率的滞后回弹实验;为了揭示滞后回弹变化规律的微观机理,采用OM和TEM对微观组织进行表征。结果表明:TC4钛合金经过室温塑性变形卸载后尺寸继续变化,具有明显的滞后回弹效应。随着预应变以及加载应变率的提高,滞后回弹应变(TDSS)的绝对值均呈现指数增长。组织分析表明,"流线型"光镜组织、位错塞积以及孪晶组织的演变与滞后回弹变化规律正相关。     

拼焊板单向拉伸变形非均匀性

从金属塑性理论出发,结合拼焊板成形特点,推导出同材差厚拼焊板试件单向拉伸情况下缩颈时焊缝两侧薄厚板变形量公式。并基于垂直于拉伸方向居中焊缝的拼焊板单向拉伸实验,将实验结果与公式推导结果比较,初步验证了公式的合理性。进而进行了不同焊缝位置(焊缝垂直于拉伸方向,薄厚板厚度比例不同)情况下的拼焊板试件单向拉伸有限元模拟,进一步验证了所推导公式是正确的。另外,分析了单向拉伸状态下焊缝两侧薄厚板变形的非均匀特性,利用文章所提出的公式,可以定量地预测单向拉伸状态下拼焊板试件焊缝两侧材料非均匀性变形量,从而为提高焊缝两侧材料的匹配性以减小拼焊板变形的非均匀性提供了参考依据。     

单轴拉伸与压缩加载下AZ31镁合金单晶的各向异性塑性行为(英文)

为研究HCP结构单晶在塑性变形中的变形孪晶和塑性各向异性,采用基于晶体塑性本构理论的有限单元法,建立包含滑移与孪生变形机制的晶体塑性本构关系,发展了以应力作为自变量的牛顿-拉普森迭代方法,通过已有文献的试验数据验证模型的有效性,并利用此模型模拟AZ31单晶体在4种(即沿〈2110〉,〈0110〉,〈0001〉和〈0111〉方向)拉伸与压缩变形路径下的塑性变形行为,并获得了相应加载路径下的应力-应变关系曲线。数值计算结果表明,在不同加载路径下该模型可用于预测滑移系或孪生系的活动情况,以及描述孪生变体的活动数量、主要孪生变体和孪生交叉类型。由于机械孪晶具有的极性性质及其在材料非弹性变形中的重要作用,单晶材料表现出显著的各向异性与非对称性。     

Characteristics of surface roughening during plane strain compression of polycrystalline iron

Roughening behavior of the free surface of polycrystalline iron during plane strain compression is investigated experimentally. The changes in the shape of the free surface, which is roughened during plastic deformation, are observed in the three-dimensions. It is found that the mountains and the valleys of the roughened shape tend to elongate in the constrained direction for the specimen with isotropic grain shape. The shapes of the roughness curves in the loading direction and in the constrained direction are compared. The normalized height distribution of the roughness curve in the constrained direction is symmetric, while that of the roughness curve in the loading direction is asymmetric and positively skew during plane strain compression. Based on a simple simulation of the roughness curves by a random midpoint displacement method, this difference is supposed to be caused by the constraint of the material flow under plane strain condition.     

原子力显微镜和白光干涉仪在表面材料测试中的应用研究

目的验证原子力显微镜和白光干涉仪分别在表面材料测试中的分辨率及其在不同类型表面材料测试中的适用性。方法分别采用原子力显微镜和白光干涉仪,对不同厚度级别的ZnO薄膜、石墨烯、磨斑等几种不同类型的表面材料进行了具体的测试研究。结果白光干涉仪10×镜头和50×镜头及原子力显微镜皆可以准确地测试百纳米级别的ZnO薄膜厚度,测得的膜厚分别为148.668、123.354、111.648 nm。原子力显微镜也可以准确地测出十纳米级别的ZnO薄膜厚度,测得的膜厚仅为6.152 nm,而白光干涉仪则不能测试出十纳米级别的ZnO薄膜厚度。原子力显微镜可以准确地测试出石墨烯片的大小、厚度和层数等三维数据,测得的厚度为0.665 nm左右,层数为单层或双层,而白光干涉仪则没有如此高的分辨率。白光干涉仪可以准确地测试出磨斑的宽度、深度等三维数据,测得的磨斑深度为4.245μm,而原子力显微镜则不适合测试表面如此粗糙的样品。结论原子力显微镜适合于测试相对光滑的表面材料的三维形貌和数据,如测试十纳米级别以上的薄膜厚度、超薄石墨烯片厚度和层数。白光干涉仪则适合于测试相对粗糙的表面材料的三维形貌和数据,如测试百纳米级别以上的薄膜厚度、微米级别磨痕深度等。     

TA2纯钛酒石酸钠溶液阳极氧化膜层微观形貌对腐蚀性能的影响

选择酒石酸钠环保电解液,用恒电势法在不同浓度条件(1,5,15,30和50 g/L)下制备TA2纯钛阳极氧化膜。采用原子力显微镜分析膜层的微观三维形貌,使用电化学工作站研究试样在3.5%NaCl溶液低电位下的极化曲线和电化学交流阻抗谱,探讨微观三维形貌对耐腐蚀性能的影响。结果表明:15 g/L浓度时,氧化膜层细小均匀,生长完整,粗糙度较低,具有宽广的钝化区,最大的极化电阻值,较小的致钝电流值和自腐蚀电流值,耐腐蚀性能最佳。     

Recent advances in the deformation processing of titanium alloys

Titanium (Ti) alloys are special-purpose materials used for several critical applications in aerospace as well as non-aerospace industries, and extensive deformation processing is necessary to shape-form these materials, which poses many challenges due to the microstructural complexities. Some of the recent developments in the deformation processing of Ti alloys and usefulness of integrating the material behavior information with simulation schemes while designing and optimizing manufacturing process schedules are discussed in this paper. Discussions are primarily focused on the most important alloy, Ti-6Al-4V and on developing a clear understanding on the influence of key parameters (e.g., oxygen content, starting microstructure, temperature, and strain rate) on the deformation behavior during hot working. These studies are very useful not only for obtaining controlled microstructures but also to design complex multi-step processing sequences to produce defect-free components. Strain-induced porosity (SIP) has been a serious problem during titanium alloy processing, and improved scientific understanding helps in seeking elegant solutions to avoid SIP. A novel high-speed processing technique for microstructural conversion in titanium has been described, which provides several benefits over the conventional slow-speed practices. The hot working behavior of some of the affordable α+β and β titanium alloys being developed recently—namely, Ti-5.5Al-1Fe, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al, and Ti-10V-4.5Fe-1.5Al—has been analyzed, and the usefulness of the processing maps in optimizing the process parameters and design of hot working schedules in these alloys is demonstrated. Titanium alloys modified with small additions of boron are emerging as potential candidates for replacing structural components requiring high specific strength and stiffness. Efforts to understand the microstructural mechanisms during deformation processing of Ti-B alloys and the issues associated with their processing are discussed.     

Hot deformation and processing maps of titanium matrix composite

The hot deformation characteristics of TiC particles reinforced titanium matrix composite were studied in the temperature range from 900 ℃ to 1 150℃ and in the strain rate range of 10-3-10 s i by compression tests with Gleeblel500 simulator system. The flow behavior was described by the hyperbolic sine constitutive equation, and an average activation energy of 436.72 kJ/mol was calculated. The processing maps were calculated and analyzed according to the dynamic materials model. The maps show domains in some combinations of temperatures and strain rates and these domains are correlated with specific microstructural processes occurring during hot deformation by metallographic investigations and kinetic analysis. At the low strain rate domain occurs in the temperature range of 900-960 ℃ and strain rate range of 0.001-0.03 s^-1 superplasticity and dynamic recrystallization were observed. At a high strain rate domain occurs in the temperature range of 980-1 120 ℃ and strain rate range of 0.1-10 s^-1 the ,8 phase undergoes dynamic recrystallization. Also, at a strain rate range of 0.1-10 s^-1 and the temperature range of 900-930℃, the material exhibits flow localization.     

钛合金针状焊缝组织的超塑性变形机理

钛合金激光焊缝是非理想的针状组织,对其超塑性变形机理的研究可进一步推进钛合金LBW/SPF技术的实际应用,也对材料成形机理的发展具有一定意义.研究结果表明,TC4钛合金激光焊接试样具有良好的超塑性变形能力,在变形过程中,焊缝发生两次重要的组织转变,即针状组织片层化和片层组织等轴化的组织转变.片层组织在应力作用下,通过断裂、解体和等轴化的过程而转变成等轴晶粒.片层断裂的主要机制是动态再结晶和应力挤压作用;片层解体的主要机制是晶界滑动和转动作用,接头组织的塑性流动机理为晶粒滚动和晶界滑动机理.