粉末冶金Al-5.6Zn-2Mg合金在热压缩过程中加工硬化特性及本构模型的比较

在300~5000℃、应变速率为0.1~0.0001 s−1的条件下,在万能试验机上对Al-5.6Zn-2Mg铝合金进行热压缩试验,以确定动态再结晶开始时的加工硬化速率曲线σ_(c)(ε_(c))l以及关键特征σ_(c)(ε_(c))l、σ_(p)(ε_(p))和σ_(ss)与Z系数之间的相关性。使用了四个本构模型,Arrhenius模型、改进的Johnson-Cook模型(MJC)、改进的Zerilli-Armstrong模型(MZA)和开发的人工神经网络(ANN)。结果表明,ANN型模型和Arrhenius模型的相对误差的绝对平均值最低,分别为0.486%和3.36%,MZA型模型和MJC型模型的相对误差的绝对平均值较高,分别为8.84%和3.93%。由于Arrhenius模型能够处理各种因素之间的非线性关系,因此它被认为是最合适的预测模型,但在材料性质未知或实验数据有限的情况下,MJC模型可能是一种更简单的替代方法。MZA模型不适合估计热压缩时的流变应力。此外,训练最好的神经网络模型的预测性能最好,相对误差的绝对平均值为0.486%,R值为0.99。

晶粒尺寸对Fe-20Mn-3Cu-1.3C合金钢加工硬化行为的影响

Fe-20Mn-3Cu-1.3C钢经热轧,冷轧后分别在950、970和1050℃下保温10 min进行再结晶处理,得到平均晶粒尺寸为18.12、24.56和47.00μm的试样。硬度测试表明,随着晶粒尺寸的增大,合金拉伸变形前的显微维氏硬度而逐渐减小,而合金拉伸变形前后的硬度变化量逐渐增大。拉伸测试表明,在低应变阶段,TWIP钢应变硬化速率随真应变的增加而明显增加,而其增幅未随晶粒尺寸的增大发生明显变化;随着应变的增加,其应变硬化指数增加的幅度随晶粒尺寸的增大而增大。在低应变阶段,位错强化起主要作用;而高应变阶段,孪晶硬化起主要作用。

两相区退火中锰TRIP钢残余奥氏体含量与加工硬化行为

采用ART (奥氏体逆相变)退火热处理工艺,研究了两相区温轧和退火过程中冷轧中锰TRIP钢中残余奥氏体体积分数变化与加工硬化行为。结果表明:冷轧实验钢经两相区温轧退火处理后,获得了临界铁素体与残余奥氏体或马氏体组成的超细晶复相组织。在645℃,随退火时间的延长,受少量碳化物析出及溶解与C、Mn元素富集程度的影响,残余奥氏体含量由20. 8%先下降至18. 7%后回升至22. 8%最后又骤降至4. 5%。退火时间小于5 h时,实验钢持续加工硬化水平较高,其中均匀塑性形变阶段中,加工硬化指数随退火时间增加,表现出先升高后降低的变化趋势,在退火1 h时加工硬化能力达到最高。

VC沉淀粒子对TWIP钢加工硬化行为的影响

对Fe-Mn-C系2种TWIP钢Fe22Mn0.6C和Fe22Mn0.6C0.19V的显微组织、力学性能及加工硬化行为进行了研究.结果表明,经900℃固溶处理后的Fe22Mn0.6C0.19V钢和经800℃固溶处理的Fe22Mn0.6C钢具有晶粒尺寸相近的奥氏体组织;Fe22Mn0.6C0.19V钢在真应变ε>0.14后进入加工硬化速率平台区,而Fe22Mn0.6C钢则在ε>0.12后即进入加工硬化速率平台区;Fe22Mn0,6C0.19V钢在ε>0.21以后结束了加工硬化速率平台区,其平台区明显较Fe22Mn0.6C钢短;Fe22Mn0.6C0.19V钢加工硬化速率平台在ε>0.21以后结束是由VC沉淀粒子与TWIP钢形变孪晶相互作用引起的,VC沉淀粒子对于TWIP钢形变孪晶的产生及增殖都有明显的抑制作用.

柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为

利用室温单向拉伸实验、EBSD和TEM等手段,研究了柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为,探讨了晶粒尺寸对拉伸变形加工硬化速率和塑性变形能力的影响及其机制.结果表明,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜加工硬化速率-真应变关系曲线第2阶段具有显著上升趋势,晶内形成平行分布的小角度亚晶界使位错滑移长度减小并阻碍位错运动是加工硬化速率上升的主要原因,不同于文献报道的等轴晶组织黄铜加工硬化第2阶段形成形变孪晶使滑移长度减小的机制.随着晶粒尺寸的增大,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的屈服强度和抗拉强度降低,而断后伸长率显著增大,由晶粒尺寸为2.0 mm的70.4%增大到晶粒尺寸为6.0 mm的84.4%.较高的抗塑性失稳能力和较好的晶内变形均匀性是大晶粒柱状晶试样具有更优塑性变形能力的主要原因.

Mg-6Zn-1Mn镁合金热压缩流变行为及动态再结晶

采用Gleeble-1500热压缩模拟试验机对Mg-6Zn-1Mn合金进行压缩实验,研究了该合金其在变形温度250～400℃、应变速率0.01～10 s-1范围内的流变应力及动态再结晶行为。通过计算加工硬化速率θ得到合金发生动态再结晶的临界应力σc和临界应变εc,并且建立临界值与峰值应力σp、峰值应变εp之间的定量关系,用截线法测量合金压缩后的平均晶粒尺寸。结果表明:Mg-6Zn-1Mn镁合金在高温下塑性变形的热本构方程为:.ε.exp(22919/T)=2.77.σ8.19;合金发生动态再结晶的临界应变随着应变速率的增加而升高,随变形温度的增加而降低,发生动态再结晶的临界条件为:ε>εc=6.648×10-3Z0.06149;各特征变量之间存在如下关系:σc=0.7295σp、εc=0.2639εp;动态再结晶的平均晶粒尺寸dave随温度的升高、应变速率的减小而增大,与Zener-Hollomon参数之间的关系为:dave=2.11×103.Z-0.1378。

TWIP钢中晶粒尺寸对TWIP效应的影响

冷轧TWIP钢经1073,1173,1273和1373K固溶处理10min后,得到了晶粒尺寸分别为7,13,30和63μm的奥氏体组织.拉伸实验表明,随着晶粒尺寸的增加,加工硬化速率(dσ/dε)与真应变(ε)的变化关系由2阶段变为3阶段.当晶粒尺寸大于30μm时,加工硬化速率与真应变关系中的第2阶段对应的应变长度随着晶粒尺寸的增加而迅速增加.当真应变为0—0.2时,加工硬化指数随真应变的增加而迅速增加;在随后的变形中,与上述4个晶粒尺寸对应的试样的加工硬化指数分别稳定在0.47,0.53,0.56和0.68.OM和TEM观察显示,随晶粒尺寸的增大,变形过程中形变孪晶数量增多.对于较大晶粒尺寸的试样,形变孪晶在拉伸变形过程中形核的临界应力较低,随变形量增加,形变孪晶可持续形成,使其加工硬化能力增加,从而增大了TWIP效应;相反,晶粒尺寸减小使变形过程中的形变孪晶形核临界应力增大,抑制形变孪晶的产生,从而减小了TWIP效应.

AZ91D变形镁合金的动态应变时效现象

在应变速率为1.11×10-4～1.67×10-3s-1、温度为248～523K的条件下,对固溶态AZ91D变形镁合金进行拉伸试验。结果表明:在一定的拉伸应变速率和温度区间拉伸时,AZ91D镁合金在形变过程中发生动态应变时效(DSA)现象,其典型特征表现为其拉伸曲线出现锯齿波,所对应的锯齿波类型分别呈A型及A+B混合型;应变速率敏感性系数为负值;且出现加工硬化速率峰值;出现锯齿屈服的临界应变量随变形温度升高而减小,而随应变速率增加而增大;当形变温度大于323K时,加工硬化速率随着温度升高反而急剧增大,在368K时达到峰值。

TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C的组织及拉伸变形机制

研究了TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C固溶处理后的组织演变和拉伸变形行为,并对其变形机制进行了探讨。结果表明:随固溶温度升高,实验钢的晶粒尺寸逐渐增大,屈服强度和抗拉强度均降低,伸长率增大,强塑积先增大后减小,在900℃时达到最高;实验钢的拉伸变形呈现连续屈服,同时随固溶温度升高,加工硬化速率(dσ/dε)与真应变(ε)的变化关系由2阶段变为3阶段。通过OM和TEM观察显示,随着晶粒尺寸的增加,变形过程中形变孪晶数量增多,孪晶诱导塑性(TWIP)效应增大。

铝对超高锰Fe-24Mn-1.0C铸钢的组织和性能的影响

以超高锰Fe-24Mn-1.0C(无铝)和Fe-24Mn-7.1Al-1.0C(含铝)铸钢为研究对象,采用水韧处理、水韧处理+时效处理的热处理方法,研究铝对不同热处理条件下无铝和含7.1%Al铸钢组织和性能的影响。利用光学显微镜和扫描电镜观察显微组织,利用能谱分析和透射电镜测试观察析出物的成分、形貌;性能检测包括抗拉强度、屈服强度、冲击韧性(V型缺口)、断后延伸率、初始硬度。结果表明,铝的添加提高了铸钢Fe-24Mn-1.0C的层错能(γSFE),但却降低了其抗拉强度、冲击韧性和加工硬化速率。在时效过程中,铸钢Fe-24Mn-1.0C晶界处析出大量针状粗大的碳化物,恶化了其性能(500℃时效2h)。而铝元素增加了奥氏体基体中碳的稳定性,抑制了粗大针状碳化物的析出,析出纳米级的(Fe,Mn)3AlC的κ-碳化物,明显提高了基体的硬度和强度。铸钢Fe-24Mn-7.1Al-1.0C经550℃时效2h后综合力学性能达到最佳值,与常规水韧处理相比屈服强度提高到574MPa(提高40.0%,)抗拉强度为825 MPa,硬度提高到271HB(提高32.2%),断后延伸率为32.0%,冲击韧性为156J/cm2。

两相区退火热轧中锰钢碳化物析出行为与组织性能研究

采用奥氏体逆相变(ART)退火热处理工艺,研究了退火过程中碳化物析出行为对中锰钢中组织的演变、残余奥氏体含量及力学性能的影响。结果表明,实验钢经ART工艺处理后,获得了铁素体、残余奥氏体与少量马氏体多相组织;退火初期(5 min),碳化物受高密度位错钉扎C、Mn原子的抑制作用,使得逆相奥氏体先于碳化物在原奥氏体边界或马氏体板条界面析出;退火中期(10 min),位错密度因回复快速减小,C、Mn原子扩散激活能增大,促进了大量碳化物析出;随退火时间延长(30~60 min),细小碳化物作为新生奥氏体核心逐渐溶解,残余奥氏体体积分数以及残余奥氏体中C含量提高;伴随碳化物析出与溶解,实验钢屈服强度呈先升高后降低的趋势,而断后伸长率及均匀延伸率呈持续升高趋势,退火60 min时,断后伸长率达到41.1%,均匀延伸率达到34.3%,抗拉强度达到821 MPa,实验钢获得高达33 743 MPa·%的强塑积。

不同初始组织中锰钢逆相变退火后的室温组织与性能

研究了0.1C-5Mn中锰钢两种初始组织形态(热轧淬火态与冷轧形变态马氏体)经两相区退火处理后的室温组织形貌及力学性能。结果表明:经退火处理后,热轧马氏体复相组织(铁素体+奥氏体)大部分保持板条状,而冷轧马氏体发生回复再结晶,形成多边形或等轴状(粒状)超细晶粒;冷轧退火样中残留奥氏体含量及其中C含量高于热轧退火样,表明冷轧初始组织形态有利于逆相奥氏体稳定及C元素配分;冷轧退火样的强度(屈服、抗拉)均高于热轧退火样,而断后伸长率稍低于热轧退火样,并且冷轧退火样加工硬化速率优于热轧退火样,两者强塑积均超过30 GPa·%,冷轧退火样强塑积偏高。

加热速度对冷轧双相钢组织性能的影响

通过模拟连续退火研究了不同加热速度对冷轧双相钢组织性能的影响。研究发现,快速加热可以明显地细化晶粒,但组织的遗传性导致微观组织中有不同程度的带状组织,材料的加热速度不宜超过100℃/s;材料的加工硬化速率及加工硬化指数对冷速的增加呈规律变化。

应变速率对TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C力学性能的影响

开展了固溶处理后TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C的拉伸实验,研究了应变速率对其拉伸变形行为的影响。结果表明,当应变速率在2.97×10^(-4)-1.49×10^(-1)s^(-1)范围内变化时,钢的屈服强度没有明显变化,随着应变速率增大,抗拉强度稍有降低,延伸率明显减小。当应变速率较低时,其加工硬化速率随着真应变呈现三个阶段的变化趋势;随着应变速率的提高,加工硬化速率随着真应变的变化趋势由三个阶段变为两个阶段。随着应变速率和真应变的增大,钢的加工硬化指数随之增大。对于不同的应变速率,实验钢变形时均形成高密度的形变孪晶,且随着应变速率的增大,形变孪晶束的宽度减小。

铜含量对高碳TWIP钢组织和力学性能的影响

采用真空熔炼法制备了Fe-20Mn-XCu-1.3C系高强度高塑性合金钢。通过单向拉伸试验和OM观察,研究了铜含量的变化对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:Fe-20Mn-XCu-1.3C系合金拉伸变形前后均为单相奥氏体组织。随着铜含量的增加,合金的屈服强度和伸长率提高,而抗拉强度降低,Fe-20Mn-3.0Cu-1.3C合金的抗拉强度为1256MPa,伸长率为77.6%,强塑积达到97465.6MPa.%,具有优异的综合力学性能。铜含量的增加提高合金的层错能,推迟了变形过程中孪晶的形成并降低了孪晶的形成速率,使位错滑移更容易发生。Fe-20Mn-XCu-1.2C系合金具有较高的加工硬化速率水平,其加工硬化速率随着铜含量的增加而降低。

高氮奥氏体钢的条件拉伸行为

采用光学及透射电镜对高氮奥氏体Fe-20Mn-19Cr-0. 6N钢条件拉伸微观组织及力学性能进行了研究。研究结果表明:固溶态材料的强塑积可以达到57 GPa·%。经过26%变形量冷轧后,屈服强度提高一倍,提升至1110 MPa,而断后伸长率只有18. 5%,强塑积降至24 GPa·%。随着拉伸温度的提高,材料的强度和塑性均呈下降趋势。经过冷轧后,基体中拥有很高的位错密度,在变形过程中,应变硬化速率下降较快,但TWIP效应机制仍会启动并改善塑性。温度的提升使材料的层错能提高,从而抑制TWIP效应的作用,使高温拉伸材料的强度和塑性的提升较固溶态低。