AZ31B镁合金板材中晶界滑移的晶体塑性仿真

建立一种耦合滑移、动态再结晶以及晶界滑移的晶体塑性模型以仿真镁合金的高温变形行为及织构演化.首先,通过实验测量单轴拉伸、压缩后的织构以及显微组织演化,研究AZ31B镁合金在300°C的变形机制.结果发现,动态再结晶在应变小于0.2时起到细化晶粒的作用,之后晶界滑移在变形过程中起显著作用.此外,建立晶界滑移模型来评估由晶...     

冷轧TA5钛合金退火过程的再结晶行为及织构演变

采用电子背散射衍射技术(EBSD)对冷轧及退火态TA5钛合金板材的晶粒尺寸、再结晶及织构进行了表征,并讨论了变形不均匀对再结晶行为及织构演变的影响。结果表明:<0002>//TD取向晶粒比<0002>//ND取向晶粒更容易发生变形,结合hcp结构滑移系统的有限性,共同决定了TA5合金板材冷轧变形具有不均匀性的特点。退火早期再结晶在局部应变大的区域快速形核,且变形量越大,形核数量也越多,再结晶后样品的晶粒尺寸也越小。局部应变大的区域在退火早期以“定向形核”机制快速发生再结晶形核并长大,包括少量剩余的严重变形<0002>//TD取向晶粒;同时,其余应变较低的组织在再结晶形核全过程以“应变诱发晶界迁动形核”机制缓慢形核,这两种机制共同作用导致退火后板材的织构弱化,但仍以冷轧态的基面织构为主。硬度变化曲线可以很好的反映再结晶程度;但受织构影响,不同测试面的硬度值存在显著差异,加载轴与晶体c轴之间的夹角越大,硬度值越小。     

初始取向对大应变轧制AZ31镁合金板材显微组织和力学性能的影响

采用大应变轧制技术对轧制面与挤压板材ED-TE面分别成90°、45°和0°的AZ31镁合金板材进行加工,研究初始取向对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明:孪生诱发动态再结晶是大应变轧制过程中主要的再结晶机制,动态再结晶的发生使合金晶粒细化、力学性能大幅提高。轧制过程中孪生与板材初始取向密切相关,通过改变初始取向可控制板材晶粒细化和强度改善效果。0°轧制试样大应变轧制过程中,大部分晶粒的c轴受压,基面滑移启动难度增加,孪生的作用增强,压缩孪晶密度增大,进而通过孪生诱发动态再结晶获得更为细小的再结晶组织和更为优异的力学性能。压下量为80%时,0°轧制板材的平均晶粒尺寸为5μm,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为311.4 MPa、202.6 MPa和26.9%。     

连续轧制AZ31镁合金板材退火组织织构和力学性能

通过光学显微镜、背散射电子衍射分析(EBSD)和室温拉伸试验研究了多道次连续轧制AZ31镁合金板材经200~400℃不同温度退火1 h后晶粒尺寸和微观织构的演化及其与力学性能的关系。结果表明:轧制板材经250℃×1 h退火后,静态再结晶几乎完成,晶粒细小均匀,平均晶粒尺寸约5.5μm,综合力学性能良好,抗拉强度和断后伸长率分别达到261 MPa和26.7%;当退火温度不高于350℃时,退火态板材基面织构较轧态低且差别较小。随退火温度升高,晶粒缓慢长大,晶界取向角分布由10°和30°双峰连续分布转变为30°单峰连续分布。此时,抗拉强度主要与晶粒尺寸有关。当退火温度达到400℃时,再结晶晶粒发生异常长大,基面织构急剧增强,晶界取向角呈离散分布,导致抗拉强度增加,而伸长率显著降低。     

AZ31镁合金压缩过程中织构对微观变形机制的影响

以AZ31镁合金热轧板材为研究对象,利用电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了与板材法向(ND)分别成0o,30°,60°和90°的试样在室温压缩过程中织构对滑移和孪晶启动的影响。结果表明,0°试样有很高的屈服强度但无明显的屈服平台。拉伸孪晶的临界剪切应力(CRSS)比基面滑移的大。随着角度的增加,试样产生的{10 ■2}拉伸孪晶越来越多。0°试样由于很难发生拉伸孪晶,变形主要由滑移来完成,小角度晶界增加明显。柱面滑移的作用使得60°试样的小角度晶界明显高于30°试样的小角度晶界。     

AZ31镁合金的各向异性及断裂行为

研究织构和异常长大晶粒对热轧AZ31镁合金力学各向异性和断裂行为的影响.在拉伸轴与板材的法向方向分别呈0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°下进行单轴拉伸实验,观察不同角度下样品的拉伸各向异性.结果表明:由于{1012}孪晶的出现,在0°-30°时样品表现出较低的屈服强度;当角度大于45°时,样品的主要的变形机制为基面和柱面滑移;当角度低于60°时,宏观断口平行于大晶粒拉长的方向;在75°和90°时样品的宏观断口呈锯齿状.     

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.     

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。     

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。     

取样方向对冷轧Cu板动态强迫剪切变形行为的影响

分别沿与冷轧Cu板轧向成0°(RD-0°),45°(RD-45°)和90°(RD-90°)方向取帽形试样,利用Split-Hopkinson压杆实验装置,研究了强迫剪切条件下冷轧Cu板的动态变形特征.结果表明:冷轧Cu板强迫剪切动态力学行为呈现出明显的各向异性,RD-90°方向屈服强度和峰值应力最大,RD-45°其次,RD-0°方向最小.不同方向的绝热剪切变形行为也表现出较大的差异,RD-0°方向的绝热剪切带内的变形相比其它2个方向均匀,绝热剪切敏感性最弱.基于剪切应力-剪切应变曲线和绝热剪切扩展所需能量,定性解释了不同方向绝热剪切敏感性的差异.EBSD的实验观察表明,3个方向上的剪切带内均有超细晶存在.基于亚晶旋转动态再结晶机制,理论计算结果证实了剪切带内发生再结晶的动力学可行性.     

IF钢退火过程中再结晶行为的EBSD表征

借助EBSD等技术研究了从冷轧到退火过程中IF钢中铁素体再结晶晶粒的取向演变。研究结果表明,从冷轧到退火过程中,铁素体晶粒取向向着平行于法向的[111]晶粒演变,而平行于法向的[100]晶粒逐渐消失;在冷轧变形过程中,铁素体晶粒的晶体取向决定着发生滑移变形的难易程度,与[100]晶粒相比,[111]晶粒更易于发生滑移变形,并在晶粒内部积累大量的位错,储存了大量的应变能,在随后的退火过程中,应变能较高的[111]晶粒优先形核并长大,优先发生再结晶,而应变能较低的[100]晶粒的再结晶受到阻碍。随着退火温度的升高,γ织构([111]//ND)明显增强,其织构组分(111)[112]尤为明显。     

冷轧HCP结构合金(CP-Ti)中变形晶粒的晶体学行为：反应应力模型的实验与模拟

对商业纯钛（CP-Ti）退火后冷轧9%变形的板材,利用电子背散射衍射（EBSD）和扫描电子显微镜（SEM）评估了晶粒中激活的滑移系统和孪生系统。同时,采用反应应力（RS）模型模拟了变形晶粒中滑移系统的激活以及晶粒之间的相互作用,该模型将晶粒塑性变形过程视为外加应力和统计变化的晶间反应应力共同作用的结果。结果表明,反应应力模型适用于评价多晶钛的变形行为。该模型预测了变形后的钛晶粒内发生的滑移,实验数据证实了该模型的正确性。变形晶粒中滑移和孪晶的分布不均匀,与晶粒应变分布不均匀相对应。这种不均匀的晶粒应变也可以由取向不同的相邻晶粒变形而产生。当一个晶粒的塑性变形与其相邻晶粒的塑性变形有显著差异时,就会触发附加的局部滑移,从而降低晶粒间的应变不协调。塑性应变在某些情况下是通过机械孪生来实现的,它与滑移协同以满足晶内和晶间的应变连续性。     

热机械加工对EW75镁合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机等手段,研究了恒温多向锻造工艺对EW75镁合金显微组织和力学性能的影响,并分析了动态再结晶机制。结果表明,500和470℃锻造态EW75镁合金薄板都发生了动态再结晶,而440和410℃锻造态EW75镁合金薄板中可见大量细小颗粒状析出相,未见明显动态再结晶组织,且在平行于锻压方向上,可见原始晶粒形貌以及颗粒状析出相,而在垂直于锻压方向上,可见明显加工变形流线。470℃锻造态EW75镁合金薄板发生了完全动态再结晶,平均晶粒尺寸约为15μm,且合金中动态再结晶晶粒大部分为大角度晶界。经过锻造处理后的EW75镁合金薄板的强塑性相较于固溶态均有明显提升,随着锻造温度的降低,EW75镁合金薄板的抗拉强度和规定塑性延伸强度都呈现逐渐上升的趋势,而断后伸长率则表现为先增加后减小的特征。在470℃锻造时,EW75镁合金薄板具有最好的塑性,这主要与完全再结晶协调塑性变形以及较大的晶粒间取向差有助于晶面滑移有关。     

Hot-deformation behaviors of AZ31 alloys with different initial states

The hot-deformation behaviors of three types of AZ31 samples,extruded sheet,hot rolled sheet and cast rod were studied. These samples had different initial grain size and texture.Compression deformation of these samples was carried out using a Gleeble 1500D under a series of thermal deformation conditions.Microstructure and texture of the initial and deformed samples were examined using electron backscatter diffraction(EBSD) techniques.The flow curves for all these three types of samples shifted upward w...     

Molecular Dynamics Simulations of the Orientation Effect on the Initial Plastic Deformation of Magnesium Single Crystals

Molecular dynamics simulation is employed to study the tension and compression deformation behaviors of magnesium single crystals with different orientations.The angle between the loading axis and the basal a direction ranges from 0° to 90°.The simulation results show that the initial defects usually nucleate at free surfaces,but the initial plastic deformation and the subsequent microstructural evolutions are various due to different loading directions.The tension simulations exhibit the deformation mechanisms of twinning,slip,crystallographic reorientation and basal/prismatic transformation.The twinning,crystallographic reorientation and basal/prismatic transformation can only appear in the crystal model loaded along or near the a-axis or c-axis.For the compression simulations,the basal,prismatic and pyramidal slips are responsible for the initial plasticity,and no twinning is observed.Moreover,the plastic deformation models affect the yield strengths for the samples with different orientations.The maximum yield stresses for the samples loaded along the c-axis or a-axis are much higher than those loaded in other directions.     

Strength and ductility of 316L austenitic stainless steel strengthened by nano-scale twin bundles

By means of dynamic plastic deformation (DPD) with high strain rates, a bulk nanostructured 316L austenitic stainless steel consisting of nano-sized grains embedded with bundles of nanometer-thick deformation twins was synthesized. The average transverse grain size is ∼33 nm and the twin/matrix lamellar thickness is ∼20 nm. The nano-twin bundles constitute ∼24% in volume. The nanostructured samples exhibit a high tensile strength of ∼1400 MPa but a limited ductility with a uniform elongation of ∼2%. Subsequent thermal annealing of the as-DPD samples in a temperature range of 730-800 °C led to a single-phased austenite structure consisting of static recrystallized (SRX) micro-sized grains embedded with remaining nano-twin bundles and nano-grains. The annealed DPD samples exhibit an enhanced strength-ductility synergy and much more enhanced work-hardening rates than the as-deformed samples. Work-hardening rates of the annealed DPD samples can be even higher than that of the original CG sample. Tensile ductility was found to increase almost linearly with the volume fraction of SRX grains. A combination of 1.0 GPa tensile strength with an elongation-to-failure of ∼27% is achieved in the annealed DPD 316L stainless steel samples.     

Tension-Compression Yield Asymmetry Influenced by the Variable Deformation Modes in Gradient Structure Mg Alloys

Surface mechanical attrition treatment(SMAT) was carried out on hot-rolled AZ31 Mg samples along two orthogonal directions;as a result,two types of gradient structures with different grain sizes and texture components in different layers were produced.The tension-compression yield asymmetry(YA) was studied using samples with different thicknesses,in order to elucidate the effect of combinations of variable deformation modes operating in different layers of the two oriented SMAT samples.The 0° oriented SMAT sample containing layers with strong basal texture displayed significant YA,because of either dislocation slip or extension twinning domination during tension or compression.By contrast,the 90° oriented SMAT sample containing layers with coexisting orthogonal texture components had an obviously weakened YA,which was attributed to the multi-deformation modes cooperating during tension or compression,i.e.,extension twinning or detwinning in conjunction with dislocation slips,leading to close yield stresses compared between tension and compression.     

拉伸变形对Hastelloy C-276合金组织与力学性能的影响

采用金相(OM)、电子背散射衍射(EBSD)以及拉伸实验等技术手段研究了不同变形量条件下Hastelloy C-276合金薄板的组织演化特征和力学性能。结果表明:变形量小于14%时,位错优先在晶界附近塞积,并产生局部应变集中;变形量在14%~30%范围内,孪晶界附近及晶粒内部产生大量位错,位错滑移引起晶粒内部应变集中增强;变形量由0%增加至30%,晶界应变集中程度因子先增大后减小,变形量为14%时晶界应变集中程度因子最大。利用Ludwigson模型回归拟合了不同变形条件下的真应力-真应变曲线,随变形量的增加,材料的加工硬化程度提高,加工硬化速率减小,发生单滑移向多滑移转变的临界应变减小。