孪晶和解孪晶对AZ31镁合金力学性能的影响

以商用热轧AZ31镁合金板材为研究对象,室温下通过沿轧制方向(Rolling Direction)、轧板法向(Normal Direction)以及RD-ND 3种压缩变形试验,研究了AZ31镁合金在压缩变形过程中的孪晶、解孪晶现象及其对力学性能的影响。结果表明,沿RD压缩后晶粒取向发生变化,变形后的组织中出现了明显的平行带状和透镜状孪晶带。沿ND压缩时,{1012}拉伸孪晶没有发生,且无论压缩变形量大小,金相组织中均无孪晶出现,塑性变形主要依靠滑移产生。解孪晶时屈服应力下降明显,且完全解孪晶所需应变比孪晶小。     

镁合金LPSO/SFs结构间■孪晶交汇机制的原子尺度研究

以含长周期堆垛有序(LPSO)结构的Mg-Zn-Y(-Zr)合金为研究对象,运用透射电子显微方法,从原子尺度解析LPSO结构/富含溶质元素堆垛层错(SFs)对■孪晶交汇行为的作用。结果表明：LPSO/SFs与孪晶交截处易形成基面-棱柱面,从而引起孪晶界在LPSO/SFs间弯曲成弓形,孪晶界存在Zn元素偏聚,Y元素偏聚不明显。LPSO/SFs间同轴■孪晶变体交汇,引入基面-基面(BB)界面及柱面-柱面(PP)界面,且在近LPSO/SFs处产生三角形的局部基体结构。LPSO结构形成扭折时,■孪晶在扭折界面单侧形核长大,此处扭折界面转为孪晶界面;残余扭折界面与基体侧孪晶扩展界面相交,在LPSO/SFs近邻处形成三角形的基体结构。LPSO/SFs/TSFs (孪晶层错)间不同孪晶变体形核,以及交汇引入的分割带来的Hall-Petch效应,可提升合金的硬化率。通过调控镁合金LPSO结构的间距和厚度引入不同孪晶变体,可为其优化性能提供新思路。     

镁合金棒材扭转变形的孪晶机制

室温下对镁合金挤压棒材进行了最大扭转角分别为90°、180°和320°的扭转变形,依据扭转变形过程数值模拟结果,基于切应力作用下的等效施密特因子计算模型,结合扭转变形后晶粒取向的EBSD测试结果,对扭转过程中的拉伸孪晶启动机制进行了分析。结果表明:在大扭转角条件下,多数拉伸孪晶的启动遵循Schmid定律,一些Schmid因子值低的拉伸孪晶也启动。原始棒材中的晶粒c轴垂直于棒材轴向,而拉伸孪晶的启动使多数晶粒的c轴向转向平行于棒材轴向。晶粒中虽然启动较多孪晶带,但孪晶启动并没有改变扭转变形过程中应力应变曲线的硬化特征,扭转变形后棒材中仍保持为晶粒的基面平行于棒材轴向的织构特征。     

变形镁合金AZ31D中孪晶的热稳定性研究

用金相显微镜对室温下挤压态镁合金AZ31D的各种变形组织进行观察,并对其在400℃保温8分钟,观察微观组织的演化,以便了解该合金在热处理过程中的拉伸孪晶、压缩孪晶、二次孪晶形态及其对再结晶的影响。     

时效处理AZ61铸造镁合金中孪晶的形成机理

研究了AZ61铸造镁合金时效处理后组织中大量楔形孪晶的形成机理,并分析了时效处理对合金力学性能的影响.结果表明,时效处理前合金中存在大量的板条状亚结构和晶粒内部适当的Al的摩尔浓度梯度是导致孪晶形成的主要因素,时效处理后合金的屈服强度和抗拉强度分别由铸态的88.79 MPa和189.73 MPa上升至109.18 MPa和250.03MPa,伸长率由6.93%上升至9.40%.合金的强度和韧性均得到改善.     

Mg的{10■2}形变孪晶机制

Mg在室温下的强度和塑性较差,其根源之一在于Mg的{10■2}形变孪晶在极低的应力下即可形核和扩展,而且研究表明目前应用于镁合金的时效强化法通常无法显著抑制{10■2}形变孪晶.尽管对Mg及其合金的力学性能至关重要,迄今为止,对{10■2}形变孪晶的形核和扩展的机制仍存在很大争议.本文首先回顾了有关形变孪晶的定义以及{10■2}孪晶机制的研究历史,然后着重介绍了最新的基于原位TEM的研究结果:即Mg的{10■2}形变孪晶迥异于孪晶的经典定义,它事实上是一种新的室温变形机制,即塑性的产生可以通过局部的晶胞重构来完成,而不需要孪晶位错的参与;由晶胞重构机制所产生的界面为{0002}/{10■0}界面(BP界面),而且该界面在三维空间呈现梯田状的不规则形貌.晶胞重构机制迥异于基于位错的孪晶变形机制,因此基于对该机制进行抑制的设计思路可能是开发未来高强韧镁合金的关键.     

孪晶铜中孪晶尺寸对疲劳位错组态的影响

对孪晶铜进行塑性应变幅控制下的疲劳实验,研究了不同宽度的孪晶内疲劳位错组态及演化过程．结果表明,孪晶宽度不同时,孪晶内的疲劳位错组态不同．当孪晶宽度大于1μm时,孪晶内疲劳位错组态与单晶中情况类似;孪晶宽度介于1μm到200nm之间时,位错形成类PSBs结构;孪晶宽度介于200nm到20nm之间时,孪晶内只能形成一些位错碎片;孪晶宽度小于20nm时,孪晶内没有稳定的晶格位错存在．     

Mg中双拉伸孪晶及其构成的复合孪晶结构

本文系统总结了Mg中{1012}-{1012}双拉伸孪晶及其构成的复合孪晶结构的研究进展。连续多向变形可以显著降低Mg的拉/压不对称性,其基本步骤是连续双向变形,该过程在Mg中激发大量双拉伸孪晶形成,它有36个变体,可分为4个取向差组,其中一组显著择优,无法用Schmid因子(SF)完全解释。一次和二次拉伸孪晶在晶界处或晶内孪晶界处交汇,形成晶间或晶内复合孪晶结构,它们的形成路径具有多样性。SF法则和衡量孪生切变穿越界面的m'因子,对解释晶间或晶内复合孪晶结构的形成,部分或者完全失效,这对人们揭示较复杂条件下孪晶的形成机理提供了机遇和挑战。建议未来的工作重点围绕模拟晶内复合孪晶结构的形成以及实验观察一次拉伸孪晶间界面和二次拉伸孪晶界的界面结构展开。     

镁合金温变形过程中的孪生及孪晶交叉

对AZ31镁合金在3种温度(523,573和673 K)下进行了单向压缩变形.在523 K,当真应变ε达到0.22时真应力-真应变曲线出现尖锐的应力峰值,在应力峰值之前先后经历了缓慢加工硬化(0.02≤ε<0.06)和急剧加工硬化(0.06≤ε<0.22)2个阶段.利用SEM/EBSD技术分析了这2个阶段对应的显微组织.结果表明,在缓慢加工硬化阶段(ε=0.03),仅有少量孪晶出现;在急剧加工硬化阶段(ε=0.06),产生了大量{101~-2}孪晶,孪晶间的相互交叉导致材料产生急剧加工硬化.AZ31镁合金{101~-2}孪晶间交叉有5种可能存在的形式,孪晶的形成和交叉与压缩应力方向有密切关系.在基体应力方向分别为近似<112~-0>和<101~-0>方向时确认了(101~-2)-(011~-2)和(101~-2)-(01~-12)2种交叉形式.     

AZ31镁合金变路径压缩过程中解孪晶行为分析

对AZ31镁合金轧制板材进行RD-ND-RD-ND(RD-rolling direction,轧向;ND-normal direction,法向)的变路径压缩实验,研究了变形过程中的力学性能,并采用EBSD技术跟踪了上述变形过程中晶粒取向变化,分析了孪晶变体的启动情况。结果表明,在变路径压缩过程中,依次对应{10 12}拉伸孪晶-{10 12}解孪晶-{10 12}拉伸孪晶-{10 12}解孪晶的微观变形机制。首次解孪晶使屈服强度下降明显,而后续的孪晶和解孪晶过程的屈服强度都增加,且两者差值很小。解孪晶过程中孪晶变体的启动遵循Schmid定律,但出现明显的选择性,解孪晶过程都由t3或t4变体完成。     

电沉积纳米孪晶Ni中五次孪晶的电子显微分析

通过直流电沉积技术制备具有高密度纳米孪晶结构的Ni,并对该材料中存在的五次孪晶结构进行了深入系统的电子显微分析.获得了纳米孪晶Ni中五次孪晶结构的HRTEM图像和SAED花样;研究了单个晶粒内部五次孪晶的结构特性、分布规律.结果表明,五次孪晶是由5个{111}晶体旋转组成,五次旋转孪晶产生的7.35°本征间隙至少由五次孪晶中的2个孪晶界分担;而且分担间隙的孪晶界呈现宽化现象,并且分解为新的孪晶,导致五次孪晶晶粒在整体形状上不具有五次对称性,呈现出一定的不规则形状.TEM截面形貌分析表明,电沉积纳米孪晶Ni呈现{110}面平行样品表面织构,晶粒为柱状晶分布,柱状生长方向为[110].通过综合结构表征,给出了五次孪晶在三维空间的结构模型.     

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。     

AZ31镁合金压缩孪晶对组织及性能的影响

通过室温包套挤压,使镁合金产生不同应变量的预应变,从而获得具有不同孪晶比例的组织,并对预应变合金的拉伸及压缩性能进行了测试。结果表明:随着预应变变形量的增加,组织中的{1011}压缩孪晶的数量越来越多,材料的拉伸和压缩性能都明显提高,而且预应变样品拉伸过程中的屈服强度明显高于压缩过程中的屈服强度。这表明由于预应变的施加,在压缩过程中产生了包辛格效应,使材料在反向压缩过程中的屈服强度明显降低;另一方面,计算所得包辛格效应的能量参数(BEP)值随着应变量的增加而逐渐减小,表明随着应变量增加包辛格效应逐渐减弱。     

AZ31镁合金变路径压缩的力学性能和孪晶机制

对AZ31镁合金轧制板材进行变形方向依次为轧向(RD)、横向(TD)、轧向和横向的变路径压缩实验,研究变形过程中的力学性能,并采用电子背散射衍射(EBSD)观察上述变形过程中晶粒取向变化,分析孪晶变体的启动情况。结果表明:在变路径压缩过程中,各路径压缩过程依次对应拉伸孪晶、二次孪晶、解孪晶和拉伸孪晶的微观变形机制,首次变形所产生的预应变提高后续变形中孪晶形核启动力,使后续变形过程的屈服强度大幅增加。二次孪晶的启动遵循Schmid定律,孪晶变体启动的选择性倾向明显,由t1或t5变体来完成二次孪晶。     

旋转孪晶的矩阵分析

孪晶电子衍射谱是薄晶体电子显微技术中一种常见的复杂电子衍射谱。1955年Andrews和1967年Calbick等曾用矩阵表达式分析反映孪晶和二次轴旋转孪晶,1976年Wolten用矩阵方法处理非180°旋转孪晶,其方法值得商榷。本文通过让选取的坐标系转动并寻求变换矩阵的方法推导出适于二次、三次、四次和六次轴旋转孪晶的普遍矩阵分析式。     

AZ31镁合金板弯曲限宽矫直增厚预置拉伸孪晶

采用弯曲限宽矫直增厚技术在具有强基面织构的原始AZ31 镁合金轧制板中预置拉伸孪晶,研究了弯曲限宽矫直处理前、后镁合金中微观组织和织构的演变及力学性能的变化.结果表明:弯曲限宽矫直处理后合金中的强基面织构被消除,转化为RD方向偏转织构,获得含量为22％的拉伸孪晶界,晶粒尺寸由(11±3)μm减小为(6.4±4)μm;再...     

钢中马氏体的孪晶亚结构

采用JEM-2100高分辨透射电镜观察了含0.029％La纯铁、40Cr、60Si2CrV、W6Mo5Cr4V2和Mn13钢的马氏体组织形貌,并对马氏体组织中的孪晶亚结构的形成机制进行了探讨.研究表明:从超低碳钢到高碳钢,淬火马氏体中均有相变孪晶出现,随着奥氏体中碳含量的提高则马氏体中相变孪晶增加.孪晶亚结构的形成与马氏体相变应变能有关,随着转变温度降低,应变能增大,形成精细孪晶以调节应变能.     

Cu—Zn—Al双程记忆合金中Ⅱ类孪晶的界面观察

用高分辨电镜观察了Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ双程记忆合金中９Ｒ型热弹性马氏体内Ａ：Ｂ型变体对及其界面结构变体Ａ和Ｂ以［０１１］β（即［５９１］９Ｒ）为轴旋转了１８０°,呈Ⅱ类孪晶取向关系Ａ：Ｂ型变体对还具有（１１４）［１１０］９Ｒ,Ａ／／（１１４）［１９２］９Ｒ,Ｂ取向关系,在这一取向下,观察发现堆垛缺陷仅存在于变体Ａ中,变体Ａ与Ｂ以共格界面相匹配,界面为无理指数界面,即Ｋ１（１０．８４２９　２．５８５９）．界面在原子尺度上大量存在着１—２个原子高度的结构台阶,偶尔存在７—８个原子高度的生长台阶．结构台阶面为（１１４）９Ｒ,台阶梯度方向为［２０１］９Ｒ台阶面与Ｋ１面边线夹角的测量值约为７．３°;接近理论计算值７．４５”．     

孪晶密度和温度对纳米孪晶钛力学性能的影响

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明：室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶粒的细化作用导致材料的强度提升。当孪晶密度大于临界孪晶密度时,孪晶界、晶界和两者交汇处的位错成核增殖成为材料变形的主导因素;且当孪晶密度远离临界值时,孪晶间隔变小、位错源增多,位错成核与增殖加剧,材料的强度降低。相同孪晶密度条件下,晶粒尺寸的减小会减少晶粒内孪晶界的数量,进而减少孪晶和晶界交汇处位错源的生成,增强了屈服强度。此外,温度的变化会影响原子的活跃程度和晶格的变形机制。随着温度的升高,原子间结合力下降,晶界附近原子结构无序化和HCP-BCC相变程度加剧引起材料的弹性模量、屈服强度下降,同时位错形核与运动的加剧影响了材料的塑性变形。