CC5083与CC5182铝合金冷轧与再结晶后偏光金相观察组织和X射线检测织构对比研究

连续冷却铸造5083铝合金板较大塑性变形量冷轧后的组织、织构及性能与再结晶处理工艺关系的研究有限。对冷轧压下量约为91.5%的CC5083与CC5182铝合金板分别进行室温入箱式电炉、随炉不限速升温到不同温度退火2 h和分别进行直接入不同温度盐炉退火30 min、出炉水冷至室温后,采用偏光金相显微镜观察组织、采用X射线衍射检测织构,进一步对比研究较大压下量冷轧后退火工艺与再结晶组织和织构关系。结果显示:(1)电炉退火CC5083铝合金板的再结晶开始及晶粒长大温度为343℃,晶粒长大后形状为长条状(创新点);盐炉退火CC5083铝合金板的再结晶开始温度为343℃;二者再结晶完成温度都为371℃。(2)CC5182铝合金板分别在电炉与盐炉454℃以上退火,晶粒开始显著长大;电炉退火与盐炉退火CC5083铝合金板再结晶开始温度分别高于电炉与盐炉退火的CC5182铝合金板,盐炉退火CC5083铝合金板再结晶晶粒长大温度高于另外三种方式退火;CC5182铝合金板盐炉退火再结晶晶粒长大温度高于电炉退火的。CC5083和CC5182铝合金冷轧板表层再结晶及再结晶晶粒长大温度明显高于内层的(创新点)。(3)四种方式退火再结晶晶粒长大温度及相同温度退火时织构转变程度有差异(创新点);退火过程中织构检测结果与金相组织观察结果反映的再结晶进程不很一致。

锻态GH4169合金热变形本构方程及热加工图

目的研究锻态GH4169合金的热变形行为,获得优化的热加工参数。方法采用Gleeble 3500热模拟实验机对锻态GH4169合金进行不同工艺参数的热压缩实验,建立锻态GH4169合金的热变形本构方程,分析流变应力与热加工参数之间的关系。根据获得的流变应力–应变曲线建立锻态GH4169合金的热加工图。采用金相显微镜观察锻态GH4169合金变形后的显微组织。结果锻态GH4169合金的应力随变形温度的增加和应变速率的降低而降低。基于锻态GH4169合金的热加工图可知,锻态GH4169合金可热加工的区域分别为987~1027℃/0.026~0.01 s^(-1)和1070~1100℃/0.026~0.01 s^(-1),最优热加工参数分别为1000℃/0.01 s^(-1)和1100℃/0.01 s^(-1)。通过金相组织结果分析可知,锻态GH4169合金无论在低温高应变速率条件下,还是在高温低应变速率条件下都发生了再结晶。对于热加工图中的流变失稳区,合金的动态再结晶主要与变形热有关。对于热加工图中可热加工的区域,合金的变形机制主要是动态再结晶。结论通过对锻态GH4169合金热变形本构方程和热加工图进行研究,获得了锻态GH4169合金优化的热加工参数,可用于指导锻态GH4169合金的镦粗和环轧成形加工。

锻造态GH4169高温合金热变形行为的有限元模拟

为了研究锻造后GH4169高温合金的热变形行为,在950~1100℃以0.01~5 s^(-1)的应变速率在Gleeble-3500热模拟机上对锻造态GH4169高温合金进行了热压缩试验。检测了热变形过程中合金的温升及热变形后的显微组织。采用Deform-3D有限元软件模拟了锻造态GH4169合金试样中不同变形条件下的温度场和在1100℃以0.1 s^(-1)的应变速率变形时的应变场及应力场分布。结果表明:在较低温度以较高应变速率变形时合金中会产生较大的变形热,且随着变形温度的提高和应变速率的降低,变形热逐渐减小,这与计算值的变化规律一致;在热变形过程中试样心部始终处于高温、高应力应变状态。

地方高校在材料科学与工程专业人才培养中存在的问题及建议

本文以贵州大学材料科学与工程专业为例,概述了当前中西部的地方高校在材料科学与工程专业人才培养中存在的主要问题,并对此提出了几条建议。

《热处理原理及工艺》课程教学改革研究

《热处理原理及工艺》作为材料科学与工程专业的一门核心课程,本文主要针对该门课程教学过程中存在的问题,从优化课程教学内容、改革教学模式和教学方法、采用Thermo-Calc和Deform-3D等软件教学工具来提高教学效率、建立多元化的课程考核方式等方面进行探讨。其目的是激发学生学习的积极性和主观能动性,提高学生分析和解决工程问题的能力,以适应社会对应用型人才的发展需求。

Deform-3D软件在材料科学基础课程教学中的应用

本文主要介绍了Deform-3D软件在金属材料回复与再结晶课程教学方面的应用。以锆合金热成形加工为例,通过模拟图片直观地显示了锻造过程中任意时刻锆合金的回复与再结晶特征,通过动态的模拟仿真可让学生对金属材料回复与再结晶基础知识有更深入的理解。与简单的多媒体课件教学方式相比,采用仿真模拟辅助教学的方式能够获得更好的教学效果。

导师制在金属材料专业本科生创新能力培养的实施探索

本科生导师制在本科生创新实践能力培养过程中发挥着重要的作用。在本科生导师制的培养模式下,许多本科生的学习、科研以及创新实践能力方面都取得了良好的成效。为了提高金属材料专业本科生的创新实践能力,文章根据金属材料专业特点进行了本科生导师制在金属材料专业本科生创新能力培养过程的实施探索,并提出了本科生导师制实施的一些举措。

新型超高强度Ti-20Zr-6.5Al-4V合金热变形行为及热加工图

采用Gleeble 3500热模拟实验机对Ti-20Zr-6.5Al-4V合金进行等温热压缩实验,研究该合金在变形温度为750~1050℃和变形速率为100~10-3s-1条件下的热变形行为和热加工图。研究结果表明:在β单相区,低温高应变速率时,变形初期流变曲线会产生一个显著的应力降现象,随变形温度升高和应变速率降低,应力降现象逐渐消失;高温低应变速率时,流变曲线呈现出典型的动态再结晶特征;在α+β相区,高应变速率时,变形初期流变曲线也会产生一个显著的应力降;随着应变速率降低,应力降现象逐渐消失,流变曲线呈现出连续的流变软化现象;随着应变增大,Ti-20Zr-6.5Al-4V合金在α+β双相区的热变形激活能从414.2 k J/mol降到173.8 kJ/mol,而在β单相区的热变形激活能从123.5 kJ/mol降到95.2 kJ/mol;Ti-20Zr-6.5Al-4V合金最优热加工参数范围分别为750~830℃和10-3~10-2 s-1以及925~1020℃和5.6×10-3~1.2×10^-1s^-1,最优热加工工艺参数组合为750oC和10-3s-1以及950oC,10-2s-1。

6061铝合金在真空钎焊炉中温度均匀性有限元模拟

基于传热学理论对6061铝合金在真空钎焊炉中的温度均匀性进行有限元模拟。结果表明,样品在加热过程中的升温曲线分为三个阶段,第一阶段,样品之间的温差较小,升温速率较慢;第二阶段,样品之间温差逐渐增大,升温速率达到峰值;第三阶段,样品之间温差逐渐减小,最终达到设置的焊接温度,升温速率由峰值降到0。在加热过程中,大样品的数量显著影响温度场均匀性和样品升温速率,随着大样品的数量增加,加热滞后更明显,升温速率降低。样品的尺寸差别越小,温度均匀性越好。升温速率对温度场均匀性也有显著影响,升温速率越低,样品之间的温差越小,样品内部的温度分布越均匀。

热变形参数对47Zr-45Ti-5Al-3V合金β→α相转变的影响

采用Gleeble 3500热模拟实验机和D/MAX-2500/PC型X射线衍射仪研究了热变形参数对47Zr-45Ti-5Al-3V合金β→α相转变的影响。结果表明,在850℃固溶处理后,该合金发生完全再结晶,再结晶晶粒尺寸为224μm,合金的组织由单一β相组成。在α+β两相区热变形过程中,该合金将发生β→α相的转变,其相变行为依赖于应变速率和变形温度。在低应变速率变形时,该合金发生了β→α相的转变;而在高应变速率变形时,该合金发生α→β相转变。在低温高应变速率变形时,该合金中析出的α相为针状。随变形温度的升高和应变速率的降低,针状α相发生球化,而且球状α相的体积分数逐渐增加。当变形温度为600℃和应变速率为10-3s-1时,针状α相完全球化。

GH2132高温合金热变形行为研究

采用Gleeble-3500和Deform-3D有限元软件研究了GH2132高温合金在变形温度为950~1100℃和应变速率为0.001~10 s-1时的热变形行为。研究表明,在应变速率为1 s^(-1)时,流变曲线与其他流变曲线明显不同,表现出显著的应力降现象。基于流变应力与变形温度和应变速率的关系,构建了GH2132高温合金的本构方程和热加工图。基于热加工图分析,GH2132高温合金可热加工的区域为1070~1100℃/10^(-3)~0.13 s^(-1),较好的热加工参数为1100℃/10^(-2)s^(-1)。采用Deform-3D有限元软件对GH2132高温合金在不同变形条件下的温度分布进行了模拟,随着变形温度的降低和应变速率的升高,热变形过程中试样表面和心部的温度差增大,温度分布不均匀程度增加。基于温度场的有限元模拟结果可知,变形条件为1100℃/10^(-2)s^(-1)时,试样表面和心部温度分布非常均匀。真应变为0.7时,试样心部和表面的温度差仅为0.21℃。

具有层片状α相组织的TB8钛合金热变形行为及本构方程

主要研究具有层片状α相组织的TB8钛合金在α+β双相区的热变形行为。结果表明,在应变速率为1s-1时,变形温度为650℃的流变曲线展现出连续的流变软化,当温度高于650℃时,流变曲线呈现出不连续屈服现象。不连续屈服现象随变形温度的增加和应变速率的降低而消失。当应变速率为0.001s-1时,750℃和800℃的流变曲线呈现出典型的动态再结晶特征。峰值应力σp,温度T和应变速率ε·三者之间的关系已通过Arrhenius-type本构方程进行表征,建立了材料常数α,A,n和Q值与真应变之间的关系模型,并分析了应变对α,A,n和Q值的影响。α值随真应变的增加而增加,而A,n和Q的值随真应变的增加而逐渐降低。实验应力值和预测应力值之间的相关系数和平均相对误差参数分别为0.945和9.08%。这表明本工作建立的应变补偿的热变形本构方程能够很好地预测具有层片状α相组织的TB8钛合金在α+β双相区热变形过程中的流变应力。

6061铝合金热处理过程中炉温均匀性的有限元模拟

通过热分析理论及有限元方法建立了热处理炉温度场的非线性有限元模型。采用Icepak热模拟软件对摆放在炉膛不同部位的6061铝合金试样进行了有限元模拟。模型综合考虑了热传导、热对流及热辐射。对按4种方式摆放在炉膛中的试样加热至350℃、400℃、450℃和500℃的过程进行了模拟。结果表明,试样的升温过程包含三个阶段。第一阶段试样的升温速率最大,随着加热时间的延长,升温速率逐渐降低;在第三阶段,试样的升温速率趋于0。在加热至相同温度的情况下,按第一至第三种方式摆放的样之间的最大温差均逐渐增加,而按第四种方式摆放试的样之间的最大温差最小。随着加热温度的升高,按第一、第二和第三种方式摆放的试样之间的最大温差均逐渐增加,而按第四种方式摆放的试样之间的最大温差仅略微增大。

Effect of hot deformation on α→β phase transformation in 47Zr-45Ti-5Al-3V alloy

The effect of strain rate and deformation temperature on theα→βphase transformation in 47Zr-45Ti-5Al-3V alloy with an initial widmanstattenαstructure was investigated.At the deformation temperature of 550°C,the volume fraction ofαphase decreased with increasing strain rate.At 600 and 650°C,the volume fraction ofαphase firstly increased to a maximum value with increasing strain rate from 1×10-3 to 1×10-2 s-1,and then decreased.At 700°C,the microstructure consisted of singleβphase.At a given strain rate,the volume fraction ofαphase decreased with increasing deformation temperature.With decreasing strain rate and increasing deformation temperature,the volume fraction and size of globularαphase increased.At 650°C and 1×10-3 s-1,the lamellarαphase was fully globularized.The variation in the volume fraction and morphology ofαphase with strain rate and deformation temperature significantly affected the hardness of 47Zr-45Ti-5Al-3V alloy.

TB8钛合金热压缩过程中动态再结晶组织的模拟

采用Gleeble3500热模拟试验机并结合DEFORM-3D有限元软件模拟了TB8钛合金的热等温锻造过程。采用基于Matlab的元胞自动机模拟了TB8钛合金动态再结晶组织的变化。结果显示:TB8钛合金的动态再结晶晶粒的体积分数和尺寸与热加工参数高度线性相关;元胞自动机法能有效预测TB8钛合金动态再结晶组织的变化;在热压缩过程中,TB8钛合金等效应力分布不均匀;采用元胞自动机法模拟的TB8钛合金动态再结晶晶粒的体积分数和尺寸与试验结果高度一致,其误差分别为5.01%和4.53%。

47Zr-45Ti-5Al-3V合金的应力诱发马氏体转变行为

采用Gleeble 3500热模拟试验机和D/MAX-2500/PC型X射线衍射仪研究了亚稳态β相47Zr-45Ti-5Al-3V合金室温压缩变形过程中的应力诱发马氏体转变行为。结果表明,在压缩变形过程中,应力诱发马氏体的数量随应变速率和初始β相晶粒尺寸的降低而增加。随应变速率和初始β相晶粒尺寸的增加,应力诱发马氏体的触发应力逐渐增加,而抗压强度逐渐降低。加工硬化率随真应力的变化曲线可分为3个阶段,第2和第3阶段的加工硬化率随应变速率和初始β相晶粒尺寸的降低而增加。

Inconel 718高温合金等温压缩过程的组织演变及温度场模拟

采用Gleeble 3800热压缩试验机、Deform-3D有限元软件和光学显微镜研究了Inconel 718高温合金在950~1150℃温度范围和应变速率0.1~10 s^(-1)范围内的组织演变和温度场模拟。结果表明,在低变形温度和高应变速率下,初始阶段随着应变的增加,流变应力迅速增加到峰值。达到峰值应力后,流变曲线呈现出明显的流变软化现象。在低变形温度、高应变速率下,产生的变形热较大,合金易于发生动态再结晶,且动态再结晶程度较高,晶粒尺寸较小。当应变速率降低,变形热也逐渐降低,合金内部动态再结晶的晶粒体积分数减少。在变形温度为1100℃和应变速率为0.1 s^(-1)时,合金发生完全动态再结晶。基于Deform-3D软件模拟的温度场分布结果可知,低变形温度、高应变速率的热变形条件会使合金内部产生较大的变形热,随着变形温度的升高和应变速率的降低,变形热的值逐渐减小。当变形温度和应变速率一定时,合金内的变形热会随真应变的增加而不断增加。

应变量对细晶Inconel 718高温合金热变形组织演变的影响

研究了应变量对细晶Inconel 718高温合金热变形组织演变的影响。结果表明:真应变为0.2时,晶粒仅发生轻微变形,原始晶粒的晶界处局部位置有极少数新晶核形成,真应变达到0.4时,大量细小的再结晶晶核在变形晶粒晶界处形成。真应变为0.8时,再结晶程度达到峰值。随应变继续增大,晶粒发生粗化。热变形初期,合金的变形主要集中在晶界处,晶界处位错密度较高。真应变增加到0.6时,位错密度增加。随应变量进一步增加,晶粒内部的局部取向差(KAM)值明显降低,几何必须位错密度降低。当应变量为1.2时,由于变形过程中再结晶晶粒发生二次变形,合金中的位错密度仍保持在5.67×10^(14)m^(-2)。随真应变从0.2增加到0.8,再结晶体积分数从13.2%增加到了96%,而晶粒尺寸仅从4.94μm增加到7.26μm;当真应变从0.8增加到1.2,再结晶体积分数变化不大,而晶粒尺寸增加到了12.23μm,表明此变形阶段主要发生再结晶晶粒的长大。

等温条件下Ti-1300合金亚稳β相的分解动力学（英文）

通过高精度膨胀法研究了固溶态Ti-1300合金在400~700℃等温条件下相变动力学。研究表明:固溶态Ti-1300合金中亚稳β相的分解动力学可用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程表征,并获得400~700℃温度范围内JMA方程的特征参数K和n,一定程度上反映了合金中亚稳β相的分解机制。当Ti-1300合金在400~420℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为βm→β′+β→α+β;当合金在500~700℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为βm→α+β;同时在等温条件下,时效初期α相的形核率较快,且含量迅速增加,后期达到一定量后保持稳定。根据计算和试验结果,得到了Ti-1300合金在500~700℃等温条件下亚稳β相的分解的TTT曲线,鼻尖温度约为600℃。

47Zr-45Ti-5Al-3V合金高温流变行为及本构模型研究

采用Gleeble 3500热模拟试验机研究了47Zr-45Ti-5Al-3V合金在变形温度为650~850℃和应变速率为1×10-3~1×100s-1的热变形行为。结果表明变形温度和应变速率对47Zr-45Ti-5Al-3V合金的热变形行为有显著影响。在低温和高应变率下,在变形初期阶段合金的流变曲线表现出一个显著的应力降现象,应力降幅值随变形温度的增加和应变速率的降低而降低,合金仅发生动态回复。在高温和低应变率下,真应力-应变曲线表现出典型的动态再结晶特征,流变应力随应变的增加先增加到一个峰值,随后随着应变的增加逐渐降低到一个稳态值。峰值应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增大。Arrhenius-type本构方程在不同应变下的材料常数(α,Q,n和ln A)已经算出。热变形激活能Q随应变的增加先增加然后降低,而n随应变的增加逐渐降低到一个恒定值。通过应变补偿的Arrhenius-type本构方程对合金热变形过程中的流变应力进行预测,表明预测的流变应力值与实验数据吻合较好。