含钪超高强铝合金在应变速率10^(-3)s^(-1)下的热流变及动态再结晶行为

采用等温热压缩实验和电子背散射衍射分析技术,研究了Al-11.1Zn-2.3Mg-2.0Cu-0.05Sc合金在应变速率10^(-3)s^(-1),变形温度653~733 K条件下的热流变及动态再结晶行为,建立动态再结晶临界应力、临界应变、相对含量、晶粒平均尺寸的拟合方程。结果表明:相关特征参数的拟合方程可以较好地描述含钪铝合金在实验条件范围内的动态再结晶行为。变形温度的升高会增加晶粒内部的取向差,减弱晶粒沿法向的择优取向,有助于动态再结晶的发生。动态回复是含钪铝合金的主要软化机制。随着温度的变化,铝合金微观组织存在不连续动态、连续动态及几何动态三种再结晶机制。

应变速率对纳米杆断裂分布与初始滑移分布相关性的影响

金属纳米材料具有独特的物理和化学性质,因此被广泛应用于各种领域的器件制造中。然而,纳米尺度下材料性能表现的外在响应具有很大的不确定性,应变速率是一个重要的影响因素。为了深入探究金属纳米材料机械力学性能对应变速率的响应以及纳米杆断裂失效与初始微观结构之间的关系,本文构建了金属纳米杆模型,并通过分子动力学模拟研究了单晶Cu纳米杆在不同应变速率下拉伸的形变过程。利用基于密度的噪声应用空间聚类(DBSCAN)机器学习算法,获得了初始微观结构缺陷的位置。在对比了每个速率300个样本,共计2700个样本后,得出纳米杆断裂位置与初始滑移分布的相关性特征。结果表明,当应变速率高于0.08%ps^(-1)时,初始滑移主要分布在纳米杆两端,但断裂位置分布却集中在中间。随着应变速率的降低,初始滑移分布则愈发均匀,断裂位置分布则更趋向于两端。而纳米杆的断裂强度和塑性形变能力则随着应变速率的提高而提高。这一研究结果可以为金属纳米材料的设计和制造提供有价值的参考。

超临界水环境中应变速率对国产镍基合金应力腐蚀开裂敏感性的影响

采用慢应变速率试验(SSRT),研究了不同应变速率下国产镍基合金C-HRA-1在650℃、25MPa超临界水环境中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的断口形貌和表面裂纹形貌,采用能谱仪(EDS)分析了裂纹尖端附近的元素组成及分布。结果表明:在不同应变速率下,C-HRA-1均表现出SCC敏感性,随着应变速率的降低,SCC敏感性逐渐升高;在应力腐蚀过程中,裂纹的形成与扩展受氧化和力学耦合作用的影响,裂纹尖端发生了晶界氧化,裂尖结合力降低,从而导致裂纹扩展。

奥氏体转变温度以上变形时应变速率对低碳钢动态软化行为的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机,将一低碳微合金钢在Ac3温度以上(950℃)进行了4种不同的应变速率(10、7、3、1 s^(-1))的压缩变形,然后淬火处理。对高温变形的应力应变曲线用双微分法进行变换,发现材料变形过程中主要有两种软化机制,分别为动态相变和动态再结晶,随变形速率的增加,材料发生软化的两个临界应力呈线性升高的趋势;两个临界应变则随应变速率变化不大。用金相显微镜观察观察了材料淬火后的金相组织,发现材料内的Widmanstätten铁素体板条宽度随应变速率的增加而逐渐变细,多边形铁素体的数目随应变速率的增加而增加;Widmanstätten铁素体板条一般为平行或垂直关系,而垂直关系的Widmanstätten铁素体板条并不呈现严格的直角,而是偏离一定的角度。

轧制应变速率对Mg-1%Al合金组织、阻尼和力学性能的影响

在不同应变速率下轧制Mg-1%Al合金板材,研究了轧制应变速率对Mg-1%Al合金显微组织、力学性能和阻尼性能的影响。随着轧制应变速率增加,Mg-1%Al合金的平均晶粒尺寸和再结晶体积分数增加;抗拉强度、屈服强度和织构强度减小;延伸率先升高后降低,在应变速率20 s^(-1)时达到最高,为25.33%。随着应变速率增加,室温阻尼性能增加,应变速率30 s^(-1)下应变振幅0.1%时阻尼值为0.061,是应变速率15 s^(-1)时的1.5倍。应变速率一定时,阻尼性能随着频率增加而降低。

应变速率对TB6钛合金绝热剪切敏感性的影响

在室温下采用分离式霍普金森压杆对TB6钛合金帽型试样进行动态加载,研究了应变速率对TB6钛合金绝热剪切敏感性的影响。结果表明,应变速率1950~2510 s^(-1)时,4组试样均表现出明显的应变硬化效应;在绝热温升作用下,4组试样均发生热塑失稳形成绝热剪切带;受冲击载荷和材料晶粒尺寸影响,基体和绝热剪切带之间的过渡区域变形梯度不明显;热剪切带内100 nm等轴晶的形成是旋转动态再结晶机制作用的结果。通过观察金相、表征绝热剪切敏感性及计算扩展能发现,TB6钛合金绝热剪切敏感性随应变速率增加而增加。

高应变速率下铸态ZM6镁合金的力学行为研究

利用分离式霍普金森压杆对铸态ZM6镁合金进行高应变速率的动态力学压缩实验,并对ZM6镁合金的力学性能和微观组织进行了研究分析。结果表明,在试样解体之前,随着冲击载荷的提高,试样的应变速率及最大应变不断提高。从真应力-真应变曲线中发现,铸态ZM6镁合金表现出明显的正应变率强化现象,并且随着应变速率的提升,加工硬化效果显著,最高抗冲击强度达到328.1 MPa。通过微观组织分析,铸态ZM6镁合金在高应变速率下的断裂方式为脆性断裂。

基于HyperMesh应变速率对零件材料性能影响分析

车身在碰撞过程中,不同位置零件材料发生变形的应变速率差异较大,这对材料的性能产生重要影响。选取汽车结构件常用材料HC300LA为研究对象,获取材料在不同应变速率下的高速拉伸性能;通过断口形貌和组织变化的观察,对材料不同应变速率下的特性进行分析;获取材料吸能和韧窝尺寸等与应变速率之间的关系;基于Johnson-Cook模型建立材料的动态力学性能本构方程;基于HyperMesh搭建拉伸试样仿真分析模型,通过施加位移,获取整个过程力-位移曲线,并与试验测试结果进行对比,以此对材料应变速率相关的本构模型进行验证。对比分析结果可知:所研究的材料HC300LA具有较强的正应变速率敏感性,力学性能呈现增强的趋势;材料的断裂吸能能力和断口韧窝变得更大更深,并且韧窝的分布更加密集;考虑应变速率影响的材料本构模型,拉伸过程仿真分析与试验测试结果的最大力和最大位移保持基本一致,误差控制在4%以内,而且力-位移的变化趋势保持一致;分析结果表明,在碰撞分析时,不能忽略应变速率对材料的影响;同时表明前述分析模型是可靠的,为此类研究提供重要参考。

工艺参数对高速拉丝应变速率影响研究

现代电缆生产中高速拉丝机上的电线拉丝大大增加了所需的拉丝模具数量,本文给出了拉伸速度对应变速率和塑性变形抗力的影响结果。研究了工艺参数即拉拔速度、模具半角、线材直径和单次应变对金属变形率的影响。研究发现,在选择工艺参数时,以均匀应变原理为指导,通过将单应变与半角模具相匹配,并根据文中给出的公式计算摩擦系数,可以提高拉模阻力,实现快速拉模。

应变速率对建筑结构用钢高温热塑性的影响

高性能建筑用钢可有效提升材料力学性能,研究中对材料的高温热塑性进行了分析,选择通过热模拟和显微观察方式研究低合金高性能建筑结构用钢在不同应变速率下的变化情况。研究结果表明:在10-3s-1低应变速率下,充足的变形时间导致铁素体析出量更多,从而出现了塑性低谷;在10s-1应变速率下,塑性低谷随即消失,在1 000℃~1 200℃范围内,断面收缩率随温度提高而逐渐降低,热塑性变形得到明显改善。

中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能

为了研究中等应变速率轧制下AZ31镁合金的组织演变过程和力学性能,获得同时提升强度和塑性的优良轧制工艺,对均匀化铸态AZ31镁合金进行平均应变速率分别为1.9 s^(-1)、4.8 s^(-1)和7.8 s^(-1),变形温度分别为370℃、410℃和460℃,下压量为75%的中等应变速率轧制,并构建嵌入式混晶结构的增塑模型。结果表明:中等应变速率轧制可制备多尺度混晶镁合金板材,410℃时可形成粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构组织,在(410℃、4.8 s^(-1))时可形成细晶、中等晶粒和粗晶占比均匀并夹极少量超细晶和粗大晶粒的嵌入式结构组织;在410℃时轧制板材具有较好的强度和塑性匹配,尤其是在(410℃、4.8 s^(-1))时的轧制板材强度和塑性最为均衡,抗拉强度达279.4 MPa、伸长率达21.2%;相较于高应变速率轧制的细晶镁合金轧板,中等应变速率轧制的多尺度混晶组织镁合金轧板的强度明显提高,最大提高了19.7%,伸长率亦有提高;在410℃时轧制板材以韧性断裂为主,其他以韧-脆性断裂为主;微观组织为粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构相比其他混晶结构具有更好的塑性。

Ti_(2)AlNb合金应变速率敏感指数和应变硬化指数与变形参数和晶粒尺寸关系研究

以Ti_(2)AlNb合金板材为研究对象,基于变形温度为1 273~1 423 K、应变速率为0.001~10 s^(-1)范围内的等温恒应变速率热压缩实验,深入分析了变形参数和微观组织对应变速率敏感指数m和应变硬化指数n的影响。结果表明:Ti_(2)AlNb合金的流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小;Ti_(2)AlNb合金等温压缩过程中的峰值m为0.61,出现在1 323 K/0.001 s^(-1);当变形温度为1 273~1 323 K时,m随应变速率的增大而减小,当变形温度为1 373~1 423 K时,m随应变速率的增大而增大;当应变速率为0.001 s^(-1)时,n随应变的增大呈现先减小后增大的趋势,而当应变速率为0.01~10 s^(-1)时,n却呈现先增大后减小的变化趋势;Ti_(2)AlNb合金应变硬化指数n值和应变速率敏感指数m值均随着晶粒尺寸的增大而减小;Ti_(2)AlNb合金板材较优的加工区间为1 273~1 323 K/0.001~0.01 s^(-1)以及1 373~1 423 K/0.1~1 s^(-1)。这对通过工艺优化组织,进而改进Ti_(2)AlNb合金板材的性能具有重要的理论意义和工程价值。

高强铝合金慢拉伸应变速率与氢脆敏感性的关系

以7085高强铝合金材料为研究对象,通过设定不同的慢拉伸应变速率,研究材料的氢致应力开裂,同时对试样断口进行扫描电子显微镜分析,初步探讨了应变速率与氢脆敏感性的关系,为高强铝合金材料氢脆敏感性评价体系的建立提供借鉴。

综合考虑尺寸和应变速率的单晶Ni_(3)Al屈服强度的理论模型

为了综合考虑尺寸和应变率效应对单晶延性材料屈服强度的影响,建立基于位错形核机制的理论模型。以Ni_(3)Al为例,首先,通过分子动力学模拟结果拟合出材料参数;然后,通过材料参数构建屈服强度的理论曲面;最后,用现有实验数据检验该理论模型。通过现有第三方单晶铜和金的分子动力学和实验数据对该模型进行检验。结果表明,该模型可以跨越分子动力学和实验条件之间巨大的空间和时间差异,从而得到单晶Ni_(3)Al、铜和金的可靠力学性能。

应变速率对Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金绝热剪切敏感性的影响

在室温下利用分离式霍普金森压杆对Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金帽型试样进行动态加载,研究了不同应变速率下Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金的绝热剪切敏感性。结果表明,动态加载前后Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金的晶粒尺寸分别约为100μm、100 nm,相差约3个数量级,动态加载后细小的晶粒尺寸使Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金具有更低的绝热剪切敏感性;Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金绝热剪切敏感性随应变速率增加而增加,在实验范围内,应变速率3 360 s-1时绝热剪切敏感性最高,产生了与动态加载方向成45°、宽约2μm的绝热剪切带,此时临界应变值和单位体积绝热剪切形成能也最小。Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金在高应变率变形过程中晶粒发生明显细化。Al_(0.4)CoCrFeNi高熵合金在动态加载下的绝热剪切归结为材料的热-黏塑性本构失稳。

应变速率对TC17和TC4钛合金锻件力学性能的影响

利用拉伸试验机研究不同应变速率对TC17和TC4钛合金锻件力学性能的影响,并利用Vickers硬度计、OM、SEM、EBSD等对两种钛合金的维氏硬度、变形组织以及断口形貌进行研究。结果表明:随着应变速率的增加,两种钛合金的强度升高而伸长率降低,均表现出正流变应力的应变速率敏感性,且应变速率敏感性系数随真应变增加呈现下降趋势;在相同应变速率下,除合金元素的固溶强化外,TC17钛合金网篮组织中板条状α相与残余β相交错排列,导致相界面多,位错容易在相界面塞积且位错运动的平均自由行程较短,合金的强度较高;另外,微孔易在相界面处大量形核,导致断口韧窝尺寸较小且数目较多,合金的塑性较差;TC4钛合金双态组织中等轴初生α相具有较好的协调变形能力,且β转变组织中的次生α相排列较为规则,导致相界面较少,降低了对位错运动的阻碍作用,韧窝尺寸较大且数目较少,合金的强度较低而塑性较好。

应变速率对钛合金板材室温回弹行为的影响

钛合金由于其优异的综合性能被广泛应用于航空航天领域,而其板材在室温下成形后存在显著回弹的问题急需解决。本文中通过准静态钢模/液压成形和高速冲击液压成形对TC4钛合金板材半球试样和大曲率半径板条弯曲试样的室温回弹行为进行研究,系统分析了TC4钛合金板材回弹问题。研究结果表明:无论是半球成形还是板条弯曲成形,高应变速率冲击液压成形回弹远小于准静态成形回弹,相比准静态条件下,冲击液压成形技术可以有效降低TC4钛合金板材在室温下的回弹量;随着变形速度继续增加到一定值时,四周不封闭的板条弯曲出现负回弹现象,而半球回弹趋于稳定。

应变速率对HCP/FCC双相CoCrFeNiNb_(0.5)高熵合金力学性能的影响

利用分离式霍普金斯压杆、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究应变速率对铸态CoCrFeNiNb_(0.5)高熵合金力学行为的影响。CoCrFeNiNb_(0.5)高熵合金由先共析密排六方(HCP)相和共析组织构成,合金的共析结构为片层状的HCP相和片层状的面心立方(FCC)相。当应变率从1×10^(-4)s^(-1)增加至6×10^(3)s^(-1)时,合金的屈服强度不会显著增加;然而,合金的破坏应变剧烈降低。片层状HCP相的准静态塑性变形机理为缠结状位错的增殖,而其动态塑性变形机理转变为剪切。片层状HCP相的剪切变形能够导致CoCrFeNiNb_(0.5)高熵合金在低压缩应变(ε=0.1)下形成微裂纹。由于片层状HCP相中微裂纹的数量随着动态压缩应变的提高而增加,微裂纹的扩展引发材料的雪崩式断裂。因此,铸造态CoCrFeNiNb_(0.5)高熵合金表现出显著的应变速率诱发脆性特性。

40Mn钢高温高应变速率塑性本构行为

为研究40Mn钢在高温高应变速率下的塑性本构行为,利用分离式霍普金森压杆装置对40Mn钢开展了高温(650℃)和高应变速率(1700、2800、3500、4600和5500 s~(-1))下的压缩实验。实验结果显示,在应变速率高于4600 s~(-1)时,40Mn钢的应变速率强化效应明显减弱。对测量获得的应力和应变数据进行Johnson-Cook塑性本构模型拟合。利用MATLAB进行了材料塑性本构参数的优化,并在有限元模拟中应用了所构建的本构模型。通过对比有限元模拟和实验测量的高速压缩后的试样高度,验证了所构建本构模型及优化后的模型的预测精度。

应变速率对TA7钛合金包辛格效应的影响

基于动态加卸载实验技术,采用自主研制的旋转盘式霍普金森拉杆和压杆实验装置对TA7钛合金进行了应变速率为300 s~(-1)的拉伸-卸载-压缩和压缩-卸载-拉伸实验,研究了包辛格效应的应变速率相关性。根据TA7钛合金屈服行为的拉伸-压缩不对称特征,提出了包辛格效应应力参数,对TA7钛合金在不同预应变量、加载方式和循环周次下的包辛格效应进行表征。实验结果表明,高应变速率加载下TA7钛合金的包辛格效应比准静态加载下小;预拉伸加载下的包辛格效应弱于预压缩加载下的包辛格效应,但两种加载方式下的包辛格效应都随着预应变量的增加而减小;循环周次对TA7钛合金的高应变速率和准静态加载下的包辛格效应具有不同影响。