脉冲电流处理对轧制316L不锈钢的快速强化

目的 探究不同参数的脉冲电流处理(EPT)对轧制316L不锈钢拉伸性能、显微硬度及微观组织的影响。方法 将轧制的316L不锈钢作为原始样,调节流过样品的脉冲电流密度,分别为130、170、190、260、310 A/mm²,分析脉冲电流密度与其拉伸性能和显微硬度的关系。结果 轧制316L不锈钢的抗拉强度和显微硬度随着脉冲电流密度的增大呈现先增大后减小的趋势,其中当脉冲电流密度为170 A/mm²时达到峰值,抗拉强度由1 485 MPa提升到1 625 MPa,同时显微硬度也由431HV增大到473HV。通过电子背散射衍射分析微观组织可知,与原始样相比,经过脉冲电流处理的样品晶粒尺寸明显减小,马氏体含量明显增多,脉冲电流处理可以促使微观组织快速均匀化。结论 脉冲电流处理可以在短时间内实现轧制316L不锈钢组织的均匀化调控,有效改善轧制316L不锈钢的微观组织,减少轧钢形变织构,促使参与的奥氏体转变为马氏体,使微观组织趋于稳定,同时还可以使轧制316L不锈钢晶粒快速细化,达到细晶强化的效果,有效提高整体抗拉强度和显微硬度。     

基于伺服压力机镁合金冷压缩组织和硬度研究

为研究变速变形对镁合金微观组织和硬度的影响,采用1 100 k N机械伺服压力机,对AZ31镁合金在曲柄匀速驱动和曲柄单向减速驱动两种模式下进行了室温压缩实验,分析了两种速度模式不同变形量下试样的微观组织与硬度演化规律.研究表明:两种变速模式下,在压缩初始阶段,均有少量平行孪晶产生于粗大晶粒内,且孪晶宽度大;随着变形量增大,孪晶密度增大且呈细长化.在曲柄匀速驱动模式下,孪晶长而细且分布散乱,无规则交错;而曲柄单向减速驱动模式下孪晶由宽大转变为细长,多组平行孪晶相互交叉,均匀分布且孪晶密度增大.不同变形量下,曲柄单向减速驱动模式下的试样硬度均小于曲柄匀速驱动模式,但在接近极限压缩量(25%)时,其硬度值又趋于相同.     

轧制单层晶铜箔滑移启动和应变局部化的晶体塑性模拟

在晶粒尺度采用晶体塑性有限元模拟极薄带材轧制成形过程,对优化和改进材料模型以及探究极薄带材塑性变形机制具有重要作用.箔材轧制成形性能主要依赖材料的微观结构(晶界、滑移系、取向).采用退火态的单层晶铜箔为原料,进行箔轧实验和晶体塑性有限元模拟.建立反映晶粒形貌、晶界和取向各向异性的单层晶铜箔晶体塑性有限元模型,分析极薄带轧制成形中单/多滑移系启动状态和应变局部化现象.为准确构建晶体塑性有限元模拟的初始晶粒结构,消除微观组织亚表面的影响,采用垂直晶界即在厚度方向上建立只有一层晶粒的铜箔晶粒模型.结果表明:晶粒各向异性影响单层晶铜箔的轧制变形机制;晶界处的变形和滑移系运动状态完全不同于晶粒其他位置;单层晶轧制变形的滑移状态表现出明显的各向异性,出现局部滑移带和应变局部化,随轧制变形量的增大,滑移差异显著增大;晶界两侧局部区域存在滑移和变形的显著差异,这为亚晶和微观裂纹源的形核提供了有利的位置.     

二氧化硅基质包埋硅纳米晶的微观结构和发光性能

利用离子注入和后续高温退火的方法制备了包埋在二氧化硅(Si02)基质中的硅纳米晶,研究了不同离子注入浓度试样的微观结构和发光性能,以及硅纳米晶的生长机理和发光机制.结果表明:较小的硅纳米晶(<5 nm)其生长机理符合Ostwald熟化机理,较大的纳米晶(>10 nm)则是由多个小纳米晶粒通过孪晶组合或融合而成的;离子注入浓度为8×1016cm-2的样品其发光强度是离子注入浓度为3×1017cm-2样品发光强度的5倍;硅纳米晶内部的微观结构缺陷(如孪晶和层错)对其荧光强度有很大的影响.     

退火温度对大塑性变形Al-8Mg纳米晶铝合金微观结构与性能的影响

目的 研究不同退火温度下高压扭转Al-8.0Mg铝合金的微观结构及其对热稳定性的影响。方法 利用X射线衍射定量计算了纳米晶Al-8Mg合金在不同退火温度下的微观结构参数。通过透射电子显微镜观察了不同状态的微观结构,讨论了晶粒尺寸和位错密度对热稳定性的影响,并分析了高温下析出相和孪晶的结构演变。结果 随着退火温度从125 ℃上升至280 ℃,HPT后Al-8.0Mg铝合金的显微硬度由247HV减小至144HV,240 ℃为硬度转变的临界温度,当退火温度低于240 ℃时,试样硬度值降低幅度较小。平均晶粒尺寸从125 ℃下的41.1 nm增大到280 ℃下的143.6 nm,位错密度由1.32×10¹⁵ m⁻²减小到3.54×10¹² m⁻²。结论 在退火温度低于240 ℃时,合金表现出较好的热稳定性,在280 ℃以后析出了大量Al3Mg2相,并观察到了多重退火孪晶。额外的能量在位错结构的回复和非平衡晶界的重排过程中被消耗,导致晶粒尺寸与显微硬度没有发生明显变化。加热过程中产生的结构转变可能是提高材料热稳定性的主要原因。     

Mg-0.4Zn镁合金挤压板拉伸变形组织的演变

用电子背散射衍射(EBSD)技术结合原位拉伸,研究了在0％～20％应变条件下,Mg-0.4％Zn二元镁合金晶界、织构和裂纹的变化.结果 表明,在拉伸应变从0％增加到20％的过程中,随着应变量的增大材料微观组织中的孪晶逐渐增加.孪晶的类型以{10-12}拉伸孪晶为主;这种孪生使材料的组织织构类型发生了显著的变化,随着应变...     

EBSD半原位研究双模晶粒分布铜的变形机理

本实验通过等温退火(200℃)等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)制备的超细晶铜获得了双模晶粒分布(Bimodal)的铜样品。力学性能测试显示该双模晶粒分布铜样品具有很好的强度和塑性的综合性能(屈服强度225MPa,断裂延伸率20%)。进而利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了同一微观区域在拉伸应变分别为0%、3%、8%、14%时的微观结构信息,发现在拉伸过程中,部分超细晶晶粒和再结晶粗晶晶粒均发生了转动,粗晶晶粒内部出现了较大的局部应变以及亚晶界。此外,拉伸过程中伴随着部分退火孪晶的消失和小角晶界的增多,导致拉伸后平均晶粒尺寸下降。     

纳米孪晶镍镀层制备工艺的正交设计优化

过去对采用脉冲电镀法制备纳米孪晶镍镀层研究较少.以镍镀层的耐腐蚀性能作为镀层性能的检测指标,应用正交试验设计优化了脉冲电镀工艺,制备出纳米孪晶镍镀层.结果表明:以主盐NiSO4·2H2O浓度为400 g/L,脉冲平均电流密度为1.5 A/dm2,占空比为20%制备的纳米孪晶镍镀层的耐腐蚀性能最好,维钝电流密度达到0.67 μA/cm2;镀层为纳米孪晶结构晶粒,尺寸为50～150 nm.     

TWIP钢在高温ECAP过程中的微观组织及孪晶行为研究

本研究通过等径通道挤压(ECAP)对孪晶诱导塑性变形钢(TWIP钢)在300℃下进行了晶粒细化,并运用金相显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)观察了经不同道次挤压后TWIP钢的晶粒、孪晶形貌及位错组织。结果表明,在均匀化退火状态下,试样晶粒基本呈现等轴状态,通过测微尺测量晶粒尺寸,约为(90±30)μm。在1道次挤压后,晶粒沿剪切方向显著伸长,并有尺寸较小的新晶粒产生,许多形变孪晶在剪切带中产生。2道次挤压后新产生的细小晶粒增多,并开始产生许多微孪晶,孪晶易于在晶界处产生。经过4道次等径通道挤压,晶粒逐渐细化至超细晶状态,晶粒尺寸达到0.3~1μm,孪晶厚度随挤压道次的增多而不断减小,甚至达到几十纳米。在不同晶粒尺寸下,TWIP钢在高温ECAP过程中产生孪晶的机理不同。     

Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金高压扭转过程中的组织结构演变

对面心立方(FCC)结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金进行不同应变量的高压扭转实验,利用维氏硬度仪、电子背散射衍射、X射线衍射仪以及透射电镜系统分析变形引起的组织结构演变。结果表明:高压扭转过程中合金晶体结构并未发生改变,仍然保持为FCC结构,但引发其晶粒纳米化,平均晶粒尺寸达到30nm。晶粒细化主要是通过孪晶(包含初次孪晶与二次孪晶)、去孪晶(包含初次去孪晶与二次去孪晶)以及孪晶界分割晶粒的过程实现。孪晶和随后去孪晶的竞争作用导致孪晶宽度先减小后增大,初次孪晶和二次孪晶的最小宽度分别为2.7nm和0.9nm。     

AZ31镁合金微结构关联的孪生形核与长大统计分析

为了揭示金属镁合金晶粒大小、晶向及晶界倾角等微结构与孪生形核及长大之间的关联性,通过EBSD技术获取大量诸如晶粒尺寸、晶向及晶界倾角等微结构以及晶内孪生形核数、孪晶厚度等数据进行统计分析。对应变为4.9%的镁合金微结构的统计分析表明:晶粒大小、晶界倾角等微结构分布基本符合概率函数Weibull分布特征;大晶粒、高Schmid因子、小角度晶界有利于孪生形核,而孪晶长大对微结构的敏感度较弱;不是所有高Schmid因子的孪生变体都能够形核长大。由对孪生形核与长大随应变递增的演化分析结果可推测:相同晶粒内,不同位置对孪晶变体的形核强度有显著影响,很显然存在其他晶内微结构如缺陷、位错密度等对孪生形核产生重要影响;然而孪晶长大更多地受到晶内存在的孪生形核数和孪晶变体类型数量的强烈影响。本工作可为发展孪生形核长大与微结构的数学关系提供试验依据。     

3D reconstruction and characterization of polycrystalline microstructures using a FIB–SEM system

A novel methodology is described in this paper which is a step towards three-dimensional representation of grain structures for microstructure characterization and processing microstructural data for subsequent computational analysis. It facilitates evaluation of stereological parameters of grain structures from a series of two-dimensional (2D) electron backscatter diffraction (EBSD) maps. Crystallographic orientation maps of consecutive serial sections of a micron-size specimen are collected in an automated manner using a dual-beam focused ion beam–scanning electron microscope (FIB–SEM) outfitted with an EBSD system. Analysis of the serial-sectioning data is accomplished using a special purpose software program called “Micro-Imager”. Micro-Imager is able to output characterization parameters such as the distribution of grain size, number of neighboring grains, and grain orientation and misorientation for every 2D section. Some of these data can be compared with results from stereological exercises. Stacking the 2D statistical information obtained from the analysis of the serial-sectioning data provides a means to quantify the variability of grain structure in 3D.     

热处理对电沉积Ni-Fe合金箔组织和力学性能的影响

电沉积法制备Ni-Fe合金箔具有工艺简单,能耗低,产品规格不受限制等优点,但其塑性和弹性模量较低限制了其应用发展.为了改善电沉积Ni-Fe合金箔的力学性能并扩大其应用范围,本文通过高温热处理方法改善其力学性能,采用SEM,XRD,EBSD分析手段对电沉积Ni-Fe合金箔晶粒组织和结构进行了分析,通过高温热台显微镜进行原位在线观测晶粒组织的演变过程,并对热处理后的电沉积Ni-Fe合金箔进行力学性能分析.研究表明,热处理过程中电沉积Ni-Fe合金箔经历细晶组织阶段、混晶组织阶段和粗晶组织阶段,其中,在1 000~1 050℃容易发生晶粒异常长大.细晶组织阶段,电沉积Ni-Fe合金箔能够保证较高的强度,且塑性和弹性模量明显提高,综合性能较好;混晶组织阶段,强度和塑性较低,弹性模量有一定程度提高;粗晶组织阶段,强度很低,但塑性和弹性模量有较大程度提高.     

Pulse electroplating of copper film: a study of process and microstructure

Copper films with high density of twin boundaries are known for high mechanical strength with little tradeoff in electrical conductivity. To achieve such a high density, twin lamellae and spacing will be on the nanoscale. In the current study, 10 microm copper films were prepared by pulse electrodeposition with different applied pulse peak current densities and pulse on-times. It was found that the deposits microstructure was dependent on the parameters of pulse plating. Higher energy pulses caused stronger self-annealing effect on grain recrystallization and growth, thus leading to enhanced fiber textures, while lower energy pulses gave rise to more random microstructure in the deposits and rougher surface topography. However in the extremes of pulse currents we applied, the twin densities were not as high as those resulted from the medium or relatively high pulse currents. The highest amount of nanoscale twinning was found to form from a proper degree of self-annealing induced grain structure evolution. The driving force behind the self-annealing is discussed.     

基于EBSD技术的P91钢蠕变过程中小角度晶界演化行为表征

在620℃、145 MPa条件下对给定的P91钢进行高温蠕变持久与间断试验,采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究其在蠕变过程中小角度晶界的演化行为。通过引入EBSD图像中的取向差分布来表征小角度晶界处(0.5~5°)的边界位错密度,分析了边界位错密度在蠕变过程中与小角度边界的数量、塑性应变以及内部微观组织演化之间的关系。此外,通过改变EBSD像素点与像素点之间的计算步长,探讨了步长选择对边界位错密度计算结果的影响。结果表明,小角度晶界处的位错密度在蠕变过程中先迅速上升,在最小蠕变率处达到极值后缓慢下降,直到最后基本保持不变;同时,EBSD的计算步长越小,得到的位错密度值越准确。     

Annealing twin formation and recrystallization study of cold-drawn copper wires from EBSD measurements

The crystallographic texture and microstructure of an electrolytic tough pitch copper have been investigated by Electron Back Scattered Diffraction (EBSD) after cold wire drawing (reduction in area between 52% and 94%) and after primary recrystallization.The material presents a deformation texture composed of major 〈111〉 and minor 〈100〉 fibers. The evolution of the quality index of the Kikuchi patterns shows that the stored energy is lower in the 〈100〉 fiber than in the 〈111〉 fiber. Then, after recrystallization, the volume fraction of the 〈100〉 fiber increases at the expense of the other texture components.The study of the grain boundary nature shows that the recrystallization twin fraction decreases with increasing strain. It is shown that this evolution is the consequence of the grain size reduction.     

An innovative method for the microstructural modification of TiAl alloy solidified via direct electric current application

Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy solidified with the application of direct electric current has a refined and homogeneous microstructure without segregation. We observed an initial decrease followed by a subsequent increase in grain size and lamellar spacing, with the increase in current density. Similar trend can also be obtained by varying the amount of α2-phase(Ti_3Al). Using a directional solidification processing method,the columnar crystal microstructure transforms into an equiaxed crystal microstructure at a current density of 32–64 m A/mm~2. High dislocation density is also introduced with a minimum cross-sectional grain size of 460 μm at a current density of 64 mA/mm~2. The application of electric current alters the free energy of the critical nucleus and temperature via joule heating, causing a transformation from a columnar grain microstructure into an equiaxed grain microstructure. The increase in current density leads to a rise of the nucleation rate, and a resulting undercooling combined with temperature gradient contribute to growth of the primary phase, which finally results in grain coarsening at a critical current density of 96 mA/mm~2.The climb and cross-slip of dislocation and the migration of grain boundary ultimately create variable lamellae spacing of TiAl alloy.     

制取铸造Al-Si合金EBSD样品的方法

铸造Al-Si合金的组织特殊,制取EBSD样品时难度较大.本文综述了目前常用的制取铸造Al-Si合金EBSD样品的方法,包括电解抛光、离子铣削和震动抛光,对不同方法在实验周期、可操作性、成本及样品表面质量等几方面的表现进行了对比分析.并以ZL114A合金作为实际操作合金,利用上述方法制备样品,进行EBSD分析,实验结果...     

Fabrication of Bi(2223)/Ag Superconducting Tapes withRectangular Cross Section by Hydrostatic Extrusion

Ag-sheathed Bi-2223 superconducting tapes with rectangular cross section were fabricated by hydrostatic extrusion. Microstructural analysis, microhardness measurement and X-ray diffraction have been carried out. The field dependence of the critical current density was investigated at 77 K. The rectangular shaped specimens show a higher density of oxide core. better grain alignment and less weak-linked microstructure compared to the traditional specimens.     

考虑位错密度和损伤的NiCoCrFe高熵合金晶体塑性有限元分析EI北大核心CSCD

结合实验和晶体塑性有限元方法研究准静态加载NiCoCrFe高熵合金有限变形过程中的宏观和微观力学响应、损伤行为以及微观结构演化。使用电子背散射衍射技术(EBSD)对拉伸实验变形前后NiCoCrFe的微观结构进行表征。通过修改强化模型和流动准则分别在CPFEM模型中引入位错密度内部状态变量和连续介质损伤因子,并结合拉伸实验应力-应变曲线确定NiCoCrFe相关的模型参数。结果表明:考虑位错密度和损伤的CPFEM模型可以有效地描述NiCoCrFe宏观和微观力学响应。CPFEM模型合理预测NiCoCrFe颈缩区域的变形形状和尺寸,其中实验获得的颈缩区域长度比预测结果小7%,CPFEM预测的颈缩区域宽度比实验结果大23%。CPFEM模型预测NiCoCrFe拉伸变形后的织构演化同EBSD表征结果大致相同,均表现为弱的(100)∥RD以及强的(111)∥RD纤维织构。在三维微观结构损伤分析中,CPFEM模型预测的损伤在应力集中以及位错密度集中的晶界处萌生,表现为晶间损伤机制,并且随着变形的增加损伤逐渐向晶粒内部扩展。