纳米晶金属材料塑性变形及超塑性行为研究进展

纳米晶块体材料有望改善金属材料传统的加工工艺并且在应用方面有很广阔的前景.结合近年来实验研究、计算机模拟及理论计算等各方面的分析结果对纳米晶金属块体材料在塑性和超塑性方面的研究进展情况进行了评述,分析了影响纳米晶金属块体材料力学性能的因素,并对其变形机理进行了初步探讨.     

金属材料拉伸的高应变率增塑现象及分析

用动态拉伸法研究了三种金属材料塑性随应变率的变化而变化的情况,应变率范围为１０＾－４￣１０＾３ｓ＾－１研究发现,随着应变率的升高,三种金属的塑性都有不同程度的提高。其中３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ淬火态在０．５ｍｍ·ｍｉｎ＾－１加载速率时延伸率仅为７０％,而在４０ｍ·ｓ＾－１时为１４．５％,提高了一倍多,表现出典型的高应变率增塑现象,微观实验及分析表明,高应变率增塑现象的机理和高应变率导致的温度升高,     

ECAP变形制备超细晶金属材料变形行为的研究进展

综述了等径弯曲通道变形制备超细晶金属材料变形行为的研究进展,重点介绍了等径弯曲通道变形制备的超细晶金属材料变形行为的研究方法及其不同于常规材料的力学行为、应变速率敏感性和超塑性,分析了超细晶金属材料的主要变形机理,进一步指出了变形行为及变形机理微观层次研究中存在的问题及发展趋势。     

纳米高强钢铁材料增塑研究进展

钢铁是制造业以及结构应用的主要材料,这很大程度上是因为它们拥有良好的强度与塑性,且价格低廉.材料工程界一直在不停研究更优越的强度和塑性相结合的材料.具有纳米晶/超细晶结构的纳米钢铁材料显示出优异的力学性能,例如卓越的硬度和强度,作为高强钢应用非常有吸引力.然而,超强纳米钢铁材料通常在环境温度下具有低塑性,这极大地限制了它们的应用.由于晶粒细化方法提高强度受到塑性的限制,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.为了提高超细晶/纳米晶钢铁材料的塑性,考虑通过调整微观组织结构来提高其加工硬化能力.通过对已经报道的同时具有高强度和良好塑性的纳米结构钢铁材料的实验数据、组织结构的归纳,总结了优化纳米高强钢铁材料塑性的三种基本方法:纳米第二相、微纳复合结构和多相不均匀复合结构.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其良好的均匀塑性变形,以及利用组织相变提高金属的塑性.这些不均匀纳米结构类似于复合物,具有共同的材料设计和力学原理.本文归纳了钢铁材料常用的强化方法,综述了纳米/超细晶高强钢铁材料提高塑性的方法,尤其是通过突出介绍一些新颖的纳米结构设计来实现钢铁材料的高强高塑,总结了高强高塑纳米钢铁材料的变形机制,以期为纳米晶金属增强塑性研究提供参考.     

纳米和超细晶金属材料的退火强化

本文综述了纳米和超细晶金属材料的退火强化研究现状和发展趋势。本文关注致密纳米和超细晶材料的研究,首先介绍了电沉积纳米Ni、强塑性变形制得的超细晶金属钛和纯铝的退火强化的实验现象,随后综述了这一强化现象的微观机理,最后探讨了进一步的实验及理论分析的途径。     

超细晶纯钛疲劳裂纹的扩展行为

对纯钛进行2道次室温等径弯曲通道变形(ECAP)、等径弯曲通道变形加旋锻复合变形(ECAP+RS)并在旋锻后在300℃和400℃退火1 h,制备出4种具有不同组织的超细晶纯钛。对这4种超细晶纯钛进行疲劳裂纹扩展实验并观察分析超细晶纯钛的显微组织和疲劳断口的形貌,研究了裂纹的扩展行为。结果表明：显微组织对超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展门槛值和近门槛区有显著的影响;超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展门槛值随着塑性变形量的增大而增大,随着旋锻后退火温度的提高而降低;疲劳裂纹扩展速率曲线因超细晶纯钛晶粒尺寸和强度的影响出现转折,转折前ECAP+RS复合变形纯钛的抗疲劳裂纹扩展能力比ECAP变形强,且随着退火温度的提高而降低;转折后4种超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展速率相差较小,呈现出相反的结果。疲劳裂纹扩展寿命中转折前近门槛区裂纹扩展寿命占绝大部分,因而转折前的门槛值与近门槛区的扩展速率对抗裂纹扩展能力更为重要。     

超细晶化对高温合金GH4169性能的影响

为了研究超细晶化对高温合金GH4169机械性能的影响。对超细晶GH4169合金与普通GH4169合金在室温，高温的力学性能及较低应变速率下，950℃时的超塑拉伸性能进行了对比。结果表明：超细晶GH4169合金相对于普通GH4169合金其室温强度有所提高；超细晶GH4169合金在950℃有很好的超塑性，相对于普通GH4169合金其流动应力大大降低，可用于超塑成形。     

超细晶1.73C超高碳钢的组织和性能

将1．73C％超高碳钢（UHCS-1．73C）的钢锭经过低应变、多道次锻造,加热淬火、高温回火后得到超细晶粒、球状碳化物组织,再进行循环感应热处理,得到超细晶粒马氏体基体上分布超细球状碳化物的组织,研究其组织和性能与循环感应热处理之间的关系．结果表明,随着感应加热淬火循环次数增加,组织中出现板条马氏体且数量增加,马氏体片变短、钝化,碳化物颗粒更圆整,压缩屈服强度升高,塑性增大．循环感应淬火4次后（不回火）屈服强度1105MPa,断裂强度1992MPa,压缩率9．8％．     

高密度脉冲电流处理后冷轧H59黄铜的超细晶结构

将H59双相多晶黄铜冷轧变形后,进行高密度脉冲电流处理.在透射电镜下观察发现,α β'双相粗晶组织均已发生超细晶化转变,而且在α相晶粒中伴有大量的孪晶.经过预应变处理后,α相在脉冲电流作用下发生再结晶细化,并在随后的α→β相变中进一步发生相变细化;β'相在预应变处理后发生再结晶细化.再结晶细化的原因是,预应变处理使晶体中产生大量的缺陷,极大的增加了形核率,而脉冲电流作用时间短,加热速度快,使晶核长大不充分;相变细化的原因是,高密度脉冲电流改变了相变势垒,促进了高电导率相的形核并抑制其长大.     

超细晶6061铝合金的搅拌摩擦制备和性能

对6061铝合金进行常规空冷和强制水冷的搅拌摩擦加工(FSP)并研究其微观组织和力学性能,结果表明:FSP 6061铝合金的加工区均为细小等轴的超细晶组织,晶内位错密度较低、高角晶界的比例均高于70％;采用强制水冷,可将FSP 6061铝合金的平均晶粒尺寸细化到200 nm.FSP 6061铝合金中的析出相主要为球状或...     

大塑性变形制备超细晶储氢材料的研究进展

分别从机械合金化、等径角挤压、累积叠轧、往复挤压和高压扭转等制备技术出发介绍了大塑性变形制备超细晶储氢材料的研究进展,认为块体机械合金化技术在制备储氢材料方面比传统球磨技术更具优势,提出弄清纳米材料的储氢机理是大幅度提高吸放氢性能的关键,开发储氢性能优异材料的同时要兼顾其力学性能.     

等通道转角挤压制备超细晶材料的研究与发展

等通道转角挤压(Equal channel angular pressing,ECAP)是大塑性变形制备超细晶材料的方法之一,具有大晶粒尺寸的材料可以在室温下挤压达到超细晶尺度。从ECAP模具参数、工艺条件影响因素、模具及制备方法改进、细化机理、制备的超细晶材料组织稳定性及性能方面进行总结,并结合部分研究结果可知,ECAP模具正在不断被优化和改进,复合挤压技术不断出现,目前已实现超细晶材料的连续ECAP挤压制备技术。等通道转角挤压的晶粒细化主要是由于剪切力的作用和第二相粒子的作用,ECAP晶粒细化机理及组合工艺的研究是目前研究的热点。超细晶材料在不同领域的应用对其性能提出的更高要求,对其大塑性变形制备技术本身也是挑战。     

Fe微合金化对Cu-Zr-Al非晶合金塑性变形行为的影响及其机理

用铜模喷铸法制备Cu_(47.8－x)Zr_46.2Al₆Fe_x(x=0, 0.8, 1.2, 1.6)系列合金,研究了Fe微合金化对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明：随着微量元素Fe含量的提高合金的玻璃形成能力降低,而其室温塑性变形能力明显提高;随着Fe含量的提高基体中产生了更多的自由体积,且Fe与Cu的正混合焓使基体中成分/自由体积分布的不均匀性提高。这些因素,使高Fe含量的非晶合金具有更高的塑性变形能力。     

高强韧金属材料中微结构的研究和应用

金属结构材料中的共格界面强化近年来受到广泛关注,虽然,该方法被证明是一种可同时实现强度、韧性双增的有效途径,但该类材料的制备往往受到尺寸、设备或工艺的制约.近期,一种全新的原位纳米颗粒强化技术被提出,旨在通过弥散分布的共格纳米粒子实现材料微观组织的优化及综合性能的提升.文中以铁基合金、铜合金、铝合金为例,对原位纳米颗粒...     

高强钢20MnTiB多工位冷镦变形行为EI北大核心CSCD

通过对高强螺栓多工位冷镦变形分区的金属流动、显微组织、力学性能及其变化规律进行分析,并采用Deform-3D数值模拟和实际产品成形相结合的方法,来研究高强材料的多工位冷镦变形行为。结果表明:多工位冷镦变形属于低动态变形;大、小变形区的宏观流线和显微组织有明显的"遗留性",而难变形区由于高强材料的"包辛格效应",铁素体由拉长的晶粒变成等轴晶粒,而珠光体的带状消失,组织"遗留性"最差;通过低动态多工位冷镦变形,20MnTiB高强钢微观组织中铁素体和珠光体均发生了形变强化,且硬度值的增幅相近。     

金属材料表面自身纳米化研究进展

近年来采用表面自身纳米化技术时纯金属、低碳钢及其他合金进行表面改性已得到广泛而深入的研究.相对于其他金属材料的表面改性技术,表面自身纳米化具有特定的技术优势.简要综述了金属材料表面自身纳米化技术的组织结构特征、组织演变机理、力学性能、元素扩散行为、腐蚀性能等.层错能的不同导致了不同表面纳米化形成机制,表面纳米晶的形成能有效改善原子的扩散行为,提高金属的硬度、强度、耐摩擦和疲劳性能.     

超细晶Q460高强钢焊接接头组织与韧性研究

采用手工焊条电弧焊和熔化极活性气体保护焊对超细晶Q460钢进行了焊接,分析表征了焊接接头的组织结构、显微硬度和冲击韧性的变化规律。研究结果表明,采用E5515焊条焊接,焊缝金属主要为先共析铁素体、多边形铁素体与少量珠光体。采用ER55-G焊丝,熔化极活性气体保护焊,焊缝金属主要由针状铁素体和少量多边形铁素体组成,焊丝中Ti元素的添加有利于获得针状铁素体组织。采用较小的焊接线能量,超细晶Q460钢热影响区粗晶区组织为粒状贝氏体组织。焊缝金属的显微硬度高于热影响区和母材的显微硬度,热影响区未出现软化现象。冲击试验表明,焊缝金属和热影响区均具有较高的冲击韧性,而且热影响区的韧性高于焊缝金属的韧性。     

NiCrFe焊缝金属的晶界形貌和晶界MC碳化物对局部变形行为的影响

采用晶体塑性有限元方法研究了NiCrFe焊缝金属中晶界形貌和晶界MC碳化物对局部变形行为的影响。结果表明,试样中的弯曲晶界促进其周围基体中滑移系的开动,进而促进塑性变形均匀分布。由于晶界碳化物MC与基体的临界分剪切应力和硬化行为的差异显著,碳化物承担较高的应力而发生较小的塑性变形。碳化物与基体界面处不连续的应力分布加剧了二者变形的不协调性,使裂纹在MC与基体界面处萌生。焊缝金属中的弯曲晶界和晶界碳化物MC,对高温失塑裂纹的作用相反。为了降低高温失塑的影响,在工程实践中应该在尽量减少MC的情况下得到弯曲晶界。