超细晶/纳米晶钨材料制备技术的研究进展

晶粒细化可显著提高超细晶/纳米晶钨材料的性能,介绍了超细晶/纳米晶钨材料制备技术的最新研究进展,包括粉末冶金法和深度塑性变形法,粉末冶金法的烧结工艺主要包括热等静压烧结、超高压通电烧结、放电等离子体烧结、微波烧结等;深度塑性变形法包括高压扭转、等通道挤压、表面机械研磨处理和累积轧制等。由于超细晶/纳米晶钨材料存在大量的晶界可有效提高材料的力学性能和抗辐照性能,因此有望解决纯钨材料作为核聚变堆面向等离子体材料存在的问题,对超细晶/纳米晶钨材料的发展提出了建议。

超细晶纯钛动态力学响应及变形机制

采用分离式霍普金森压杆技术在应变速率为2000~3000 s^(-1)和温度为300~450℃条件下对超细晶纯钛进行了动态冲击实验,研究了其动态力学响应及变形机制,并利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对变形后的微观组织进行了表征。结果表明:超细晶纯钛的真应力-真应变曲线呈现出明显的“双应力峰”特征,随着应变速率的增加和温度的降低,其屈服强度和流变应力提高,表现出正应变速率敏感性和负温度敏感性。在应变速率为2000~3000 s^(-1)的范围内,超细晶纯钛的应变速率敏感性指数m为0.12~0.17。当应变速率大于2500 s^(-1)时,超细晶纯钛试样出现绝热剪切带,绝热剪切带产生的临界应变为0.316。在动态冲击载荷下,超细晶纯钛的变形机制由低温时的位错密度增加和位错胞形成转变为高温时的几何动态再结晶和晶粒粗化。

超细晶层状结构304L不锈钢摩擦学行为研究

用MS-T3000型多功能摩擦磨损试验机评估了超细晶层状结构304L不锈钢在空气和PAO4润滑条件下的摩擦学性能,以传统粗晶态304L不锈钢为对比材料,分析磨损前后的材料结构、成分及磨痕表面形貌,揭示磨损机制。结果表明:在空气湿度为75%时,粗晶态304L不锈钢与超细晶层状结构304L不锈钢的平均摩擦因数分别约为0.44和0.33,粗晶态304L不锈钢表面发生严重的黏着磨损和氧化磨损,超细晶层状结构304L不锈钢表面发生较缓和的黏着磨损和微氧化磨损。在PAO4润滑条件下,粗晶态和超细晶层状结构304L不锈钢的摩擦因数和磨损率都显著降低,粗晶态样品为典型的微切削磨损机制,超细晶层状结构样品为更微弱的微切削磨损机制。

灭菌温度对超细晶Zn-0.3Mn合金力学和腐蚀性能的影响

通过大塑性变形(铸造-热挤压-多道次旋锻)制备了面向医用骨科植入应用领域的可降解超细晶(UFG)Zn-0.3Mn合金(Original),进而研究了其在低温灭菌(t 55)、蒸汽灭菌(t 120)和干热灭菌(t 180)温度状态下微观组织、力学性能、腐蚀性能的变化。研究发现:随着灭菌温度的提高,合金再结晶程度逐步加剧,主相晶粒尺寸和MnZn 13相颗粒尺寸均有所增加;力学性能方面,合金的纳米硬度和弹性模量会随着灭菌温度升高而逐渐提高;腐蚀性能方面,归因于晶界密度和MnZn 13相比例降低,减少了腐蚀起始点,合金腐蚀速率逐步下降。因而,灭菌温度会对可降解超细晶Zn-0.3Mn合金微观组织、力学性能和腐蚀性能产生足够大的影响,对于锌基植入器械的灭菌方法要尽量避免升温过程。

碳含量对超细晶WC-12%Co硬质合金组织及性能的影响

经混料、压形、热等静压烧结制备了8组不同碳含量的WC-12%Co硬质合金,采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计、电子万能力学试验机分析了碳含量对合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:碳含量为5.26%~5.42%的WC-12%Co硬质合金处于WC+γ二相区;当碳含量小于等于5.22%时,合金出现絮状、针状脱碳相;当碳含量大于等于5.46%时,合金出现黑色絮状的渗碳相,伴有粗晶、粗晶聚集及钴偏析现象。随着碳含量逐渐增加,WC晶粒逐渐长大,结晶趋于完整,晶粒边缘趋于平直化,晶界变得更加清晰,当碳含量达到5.54%时,WC晶粒边缘出现圆角。碳含量为5.26%~5.42%的合金处于WC、Co二相区,综合力学性能较优,硬度维持在1 777~1 695 kg/mm^(2),抗弯强度为3 357~3 290 MPa。

深冷条件下多重旋转碾压超细晶铜的组织与磨损性能

通过碾压式搅拌头在深冷条件下对铜板进行多重旋转碾压,采用超景深显微镜、光学显微镜、摩擦磨损仪对碾压后样品的表面形貌、组织和性能进行了分析。结果表明,在深冷条件下多重旋转碾压后,样品表面成形良好,表层出现明显的超细晶区;在转速为50 r/min时,超细晶成形机制为晶粒的剪切破碎;在转速为500 r/min时,晶粒细化机制为动态再结晶和强制冷却抑制再结晶晶粒的长大;在深冷条件下多重旋转碾压制备的超细晶层可提高材料的耐磨性。

Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对WC-10%Co超细晶硬质合金微观结构和力学性能的影响

本文以WC-10%Co为研究对象,添加质量分数1.0%的Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂,在1410℃下烧结1 h,制备了WC-10%Co-Cr_(3)C_(2)/VC超细晶硬质合金,研究了Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对物相组成、WC晶粒尺寸和粒度分布、WC三维形貌及力学性能的影响。结果表明:随Cr_(3)C_(2)含量的减少和VC含量的增加,WC平均晶粒尺寸先快速后缓慢减小,WC粒度分布不断变窄;WC形貌由三棱柱向台阶三棱柱转变,WC(0001)晶面上的台阶数量不断增加,这些台阶会显著降低合金的断裂韧性和抗弯强度;WC-10%CoCr_(3)C_(2)/VC超细晶硬质合金的硬度先快速后缓慢增加,而断裂韧性和抗弯强度先快速后缓慢降低;当w(Cr_(3)C_(2))∶w(VC)=4∶1时,WC-10%Co-0.8%Cr_(3)C_(2)-0.2%VC硬质合金具有最优的综合性能,其维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为17.05 GPa、9.26 MPa·m^(1/2)和3650 MPa。

超细晶镁合金的腐蚀与防护进展

总结了近年来经剧烈塑性变形加工后的超细晶镁合金的腐蚀与防护研究。镁合金的初始成分可能对剧烈塑性变形加工后样品耐蚀性的变化起主导性作用。对于纯镁及含有铝或稀土等致钝性元素的合金,如AZ系和WE系镁合金,绝大多数剧烈塑性变形加工会促进生成更致密的保护膜,因而可以提升镁合金的耐蚀性。对于不含此类元素的镁合金体系,如Mg-Zn系合金,由于生成了更多的腐蚀微电偶,等通道转角挤压或高压扭转加工引起的第二相颗粒的细化和分布会加速镁合金的腐蚀,但多轴等温锻造可以提升此类合金的耐蚀性,该技术值得更多的关注。在成分相似的情况下,组织的均匀性或者第二相变化情况的影响可能较晶粒尺寸和织构演变的影响更大。对加工后的镁合金进行热处理或者表面改性是进一步提升其耐蚀性的有效手段。相对于粗晶基体,超细晶基体表面改性后的涂层的耐蚀性往往更好,值得更多的研究关注。

超细晶Cu/Al异种材料搅拌摩擦焊组织与性能研究

超细晶材料综合性能优异,但组织热稳定性较差,焊接后接头组织容易发生异常长大,使其性能急剧下降。因此,合适的连接工艺对大尺寸超细晶结构件的应用具有重要工程意义。以超细晶铜、粗晶铝以及粗晶铜、粗晶铝作为结构母材,采用热输入量小的搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行连接探索,系统观察了铜铝接头组织与性能。结果表明,超细晶铜与铝接头界面处元素互扩散能力较强,形成较多的Al_(4)Cu_(9)金属间化合物;在焊接过程中,当搅拌头转速为1000 r/min,焊接速度为50 mm/min时,粗晶铜与铝接头硬度可达HV 211,超细晶铜与铝焊接接头可获得良好的力学性能。

温轧对DP590钢层状超细晶双相组织与拉伸性能的影响

研究了DP590钢两相区不同温度轧制制备层状超细晶双相组织及其对力学性能的影响.结果表明,分别在两相区720,760和800℃温轧(对应WR720,WR760和WR800)时,钢板均获得层状结构超细晶铁素体和马氏体双相组织.对应马氏体体积分数分别为26.5%,37.2%和30.8%,大角度晶界铁素体平均晶粒尺寸分别为(1.92±1.32),(1.44±2.14)和(1.79±1.54)μm.值得关注的是,组织特征与力学性能和温轧温度并非线性对应关系,而是中间温度即760℃轧制钢板晶粒尺寸最小,马氏体体积分数最高,相应屈服强度和抗拉强度最高.从形变诱导铁素体相变和铁素体动态再结晶两方面讨论了这种温轧温度与组织及力学性能的非线性变化关系.

深冷挤出切削制备超细晶7075铝合金的组织、性能及时效行为研究

传统的大变形工艺制备超细晶材料时不可避免地会产生大量的热,削弱材料的力学性能。深冷挤出切削(CT-EM)作为一种新型的超细晶材料制备工艺,可消除切削热,抑制动态回复,达到提升材料强度与可加工性的目的。本工作以7075铝合金为研究对象,对比分析了常温挤出切削(RT-EM)与CT-EM超细晶切屑的微观组织、物相演变、力学性能以及时效行为。结果表明:切屑的晶粒尺寸被极大程度地细化,CT-EM切屑的平均晶粒尺寸更小,位错密度更大,硬度和强度更高。经时效处理后,切屑组织内出现了大量弥散析出相,RT-EM与CT-EM切屑的屈服强度分别进一步提升至455 MPa和507 MPa,细晶强化、位错强化及析出相强化共同发挥作用;深冷处理可增强组织内二次相的析出动力,CT-EM切屑更快地达到峰值硬度,且其延伸率有小幅提升,拉伸断口内出现更多的韧窝。

基于损伤因子优化变形参数的超细晶管斜轧穿孔工艺

为充分利用曼内斯曼效应提高可穿性,以45钢为研究对象,借助刚塑性有限元模拟技术,通过基于Oyane损伤准则的裂纹萌生控制模型揭示了变形参数对损伤因子的影响规律。结果表明,锥形辊实心棒斜轧过程中,沿轧件前进方向,随着塑性变形的逐渐增加,损伤因子逐渐增加,之后随着塑性变形程度的减弱而逐渐减小。从坯料边部到心部损伤因子逐渐增大。空心管斜轧穿孔过程中损伤因子的变化规律与之相似。优化参数为:送进角为14°,辗轧角为13°,轧辊转速为50 r·min^(-1),直径压下率为17%,轧制温度为1000℃,顶前压下率为12%。确定了顶头形状,制备了外径为(Φ66.2±0.1986)mm,壁厚为(6.0±0.126)mm,径厚比为11的超细晶管,晶粒尺寸由29μm(7级晶粒度)细化至9.8μm(10级晶粒度),抗拉强度以及伸长率分别提高了9.0%和17.9%。

剧烈扭转压缩轧制45钢超细晶棒组织演变机理

基于自主研制的剧烈扭转压缩轧制技术,以45钢为研究对象,在750℃下采用48%径缩率经一次轧制成形,获得了直径为25 mm的超细晶棒。借助扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)分析了微观组织演变规律及晶粒细化机理,并对力学性能进行了测定分析。结果表明,心部扭转压缩程度相对边部略弱,晶粒沿轴向具有取向性,晶粒尺寸细化至2.3μm;边部扭转压缩程度剧烈,晶粒取向分布均匀且细化显著,晶粒尺寸为1.7μm;晶粒主要细化机理:因剧烈扭转压缩形变诱导了奥氏体向铁素体的转变,以及发生了充分的连续动态回复再结晶过程;轧后棒材屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为402.5 MPa、643.5 MPa及25.7%,较轧制前分别提升24%、5.6%及14.7%。

热挤压和锻造制备高延性和高吸能超细晶粒Mg-Mn-Ce合金

采用挤压和锻造低温变形方法制备高压缩延性和高吸能性超细晶粒Mg-0.9Mn-0.5Ce(质量分数,%)合金。首先将合金在温度为150℃、挤压比为12:1的条件下进行挤压;随后,在200℃下沿挤压方向进行真应变为1.2的锻造处理。采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜对合金的显微组织和塑性机理进行表征。结果表明,经低温挤压后合金组织由超细的动态再结晶晶粒和破碎的未再结晶晶粒组成,其平均晶粒尺寸为1.9μm。在随后的锻造过程中,逐渐产生新的超细晶粒,获得均匀的超细晶粒组织,其平均晶粒尺寸为2.7μm,织构强度也在锻造处理后减弱。均匀的超细晶粒组织和基面滑移使合金表现出较优的综合性能:压缩延性为45.0%,吸能为122.72 MJ/m^(3)。

摩擦搅拌焊参数对超细晶Al-0.2 wt%Sc合金薄板微观组织和热力学性能的影响

为了研究摩擦搅拌焊参数对超细晶粒Al-Sc合金薄板微观组织、热力学性能的影响,采用累积滚焊法(ARB)制备的超细晶粒Al-Sc合金薄板进行了摩擦搅拌焊数值模拟。此外,研究了刀具转速、焊接速度和刀具倾斜角等摩擦搅拌焊参数的最优条件。在SYSWELD和Visual-Environment软件中实现了数值模拟,并通过实验结果进行了验证。结果表明,摩擦搅拌焊是一种有利于保持超细晶(UFG)组织的技术,并在累积滚焊材料中具有较好的力学性能。刀具转速对热性能和力学性能的影响最大。在刀具转速为700 r/min、焊接速度为80 mm/min、刀具倾斜角度为3°时,Al-Sc合金的硬度和抗屈强度均达到最高。

大塑性变形制备超细晶钛及其合金的腐蚀行为研究进展

通过大塑性变形技术,可以细化晶粒,获得超细晶钛及其合金,明显提高其强度,但也会影响其耐腐蚀性能。综述了超细晶钛及其合金腐蚀行为的研究现状,讨论了晶粒尺寸、织构、位错密度、氧化膜厚度结构、组织均匀程度、晶界特征分布等因素对超细晶纯钛耐蚀性的影响。其中,最主要的影响因素是晶粒尺寸和织构。但是超细晶钛及其合金的耐蚀性受到多种因素的共同影响,各影响因素之间存在竞争关系。此外,基于当前的耐蚀化进展,对其未来的研究方向进行了展望。

一种表面纳米化的大规格超细晶钛合金薄板及其制备方法

本发明公开了一种表面纳米化的大规格超细晶钛合金薄板及其制备方法,包括初步轧制、包覆叠轧和表面处理。该方法通过初始大变形轧制及后续低温包覆叠轧工艺得到晶粒尺寸小于2μm的大规格超细晶钛合金薄板;且随着碾压道次数的增加,下压力逐渐增加,经过多道次碾轧后可获得表面为纳米晶、芯部为超细晶的钛合金薄板。

超细晶纳米金刚石制备方法及应用研究进展

超细晶纳米金刚石(Ultrafine nanocrystalline diamond,UNCD)具有优异的力学、光学及热学性质。由于晶界间分布大量sp 2碳,其性能与块体金刚石差异较大,其导电性及自润滑性能优异。本文综述了近几年超细晶纳米金刚石制备方法的优缺点,概述各种技术制备的超细晶纳米金刚石在高分子复合增韧强化、能量存储、电子器件及生化等领域的应用。详细分析了超细纳米金刚石的结构对其摩擦学性能的影响,并对其应用前景进行了展望分析。

超细晶超高碳钢的制备工艺研究

超细晶超高碳钢是指超细铁素体(0.5～2.0μm)基体上分布着超细粒状渗碳体(0.2～1.0μm)组织的超高碳钢,是一类新型的、并具有重要发展前景的高性能钢铁材料。本文针对现有超细晶超高碳钢的制备工艺、制备原理进行了分析总结,提出各制备工艺的应用条件和限制,以及各制备工艺的合理应用。

剧塑性变形制备超细晶/纳米晶结构金属材料的研究现状和应用展望

综合目前剧塑性变形方法制备超细晶及纳米晶结构金属材料的研究现状,介绍等通道转角挤压、高压扭转、累积叠轧焊、多向锻造等剧塑性变形方法及其特点与原理;探讨剧塑性变形金属材料的组织演变和晶粒细化机制;分析金属材料经剧塑性变形后强度与延展性的变化趋势,及其对超塑性变形的影响规律;展望剧塑性变形方法对金属材料应用的前景。