施密特因子在镁合金微观变形机制研究中的应用

施密特因子具有计算简单、表述方便的优点,在金属微观塑性变形机理分析中,能够定性判断微观变形模式滑移和孪晶的启动。首先介绍了施密特因子在密排六方晶体结构中的多种表述形式,然后分别列出了其在镁合金塑性变形微观机理分析中的应用。上述应用结果表明,施密特因子在镁合金变形机理研究中是不可缺少的工具。

基于施密特因子计算分析拉伸孪晶对镁合金变形的影响

采用电子背散射技术(EBSD)对镁合金在100℃下的压缩变形过程中的晶粒取向变化进行了原位跟踪,对变形过程的滑移系和孪晶开动进行了定量分析。基于对不同滑移系的施密特因子(SF)在拉伸孪晶启动前后变化的计算,分析了拉伸孪晶启动对后续变形过程中滑移系开动的影响。结果表明,在拉伸孪晶启动前后,具有基面织构取向晶粒的基面滑移系施密特因子无明显变化,而柱面滑移系的施密特因子在孪晶后则大幅度降低,在随后的变形中不易启动,同时,锥面滑移系的施密特因子在孪晶后大幅增加,因此在随后的变形中相对容易启动。

织构及组织结构对超高强铝合金平面力学性能的影响

以自行制备的高合金含量的Al-Zn-Mg-Cu合金为试验材料,测试观察挤压带板及其制备的等温模锻件的织构类型及组分强度、组织结构、平面拉伸力学性能及各向异性指数,通过计算{111}<112>滑移系的施密特因子,采用单晶近似法分析平面拉伸力学性能各向异性与织构的关系,使用霍尔-佩奇定律分析了组织结构与平面拉伸力学性能各向异性的关系,结果表明:合金经剧烈变形后,以变形织构为主,变形织构会引起各向异性,导致合金45°方向强度偏低;挤压形成的纤维组织是引起挤压带板L向及LT向各向异性的主要原因。{110}<112>Brass织构强度增加,可以抵消纤维组织引起的L向及LT向的各向异性;LT向伸长率低及伸长率各向异性主要是由第二相粒子延晶界的链状分布引起,同时也与织构引起的晶粒强度变化有很大关系。

DD26镍基单晶高温合金的高温持久性能各向异性

为了研究取向对DD26镍基单晶高温合金持久性能的影响,对实验合金进行了高温蠕变测试.结果表明,持久寿命随取向变化逐渐降低的顺序为:[111]>靠近[001]-[111]边界>靠近[001]>[001]-[011]边界>[011].靠近[111]取向的试样,由于具有较小的Schmid因子,位错不易开动,所以持久寿命最长.而靠近[001]取向的试样具有较大的Schmid因子,致使可以开动的滑移系最多,所以伸长率最大.靠近[001]-[011]边界和[011]取向的试样在蠕变过程中取向会向[001]-[111]边界旋转,并且较大的旋转造成这些取向的试样具有较短的持久寿命.

基于镁合金{1012}孪生的织构调整及屈服行为演变

研究挤压态镁合金沿挤压方向预压缩对随后沿ED方向拉伸以及垂直于ED方向压缩屈服行为的影响。结果表明：在所研究的1%～9%压缩预变形范围内，不同预变形量对随后沿ED方向拉伸的屈服影响几乎一样，都能使沿挤压方向拉伸屈服强度下降到约120 MPa，这几乎与沿挤压方向压缩屈服强度122 MPa一致；沿ED方向预压缩将导致垂直于ED方向压缩屈服强度显著增加，且不同预变形量对随后沿垂直于ED方向压缩的屈服行为影响几乎一致。造成不同施载方向屈服行为不一样的原因是不同施载方向孪生变体的最大施密特因子值不同。最大施密特因子值越大，孪生启动时的临界剪切应力越小，屈服强度也就越低。

凸模错距量对镁合金弯曲构件动态再结晶的影响

传统弯曲构件成形工艺存在工序流程长、曲率调控难度大等瓶颈问题。错距挤压工艺能够在单道次挤压成形过程中实现挤压-成形一体化,同时,通过改变凸模端部的错距量h,达到控制弯曲构件曲率特征的目的。由错距挤压工艺获得的AZ31弯曲构件经过EBSD测试,分析了凸模错距量h对弯曲构件的晶粒形貌、平均晶粒尺寸、晶界分布、晶粒取向和施密特因子的影响。研究结果表明,随着凸模错距量h的增加,AZ31镁合金构件发生了充分的动态再结晶,晶粒得到细化,且由于凸模结构的特殊性,弯曲构件中平行于挤压方向的晶粒数量增加,晶粒取向由原先的软取向转为硬取向。为镁合金弯曲构件错距挤压成形微观组织演变的研究提供了科学指导。

分子束外延碲镉汞薄膜“燕尾”状缺陷

"燕尾"状缺陷是异质外延碲镉汞薄膜中一种形状、朝向统一的典型缺陷,本文对"燕尾"状缺陷的表面形貌、结构及形成机理进行了表征及研究。结果表明,在碲镉汞薄膜表面,"燕尾"状缺陷以两条凸起的"燕尾"边为特征形貌。在碲镉汞薄膜中,"燕尾"状缺陷为倒金字塔结构,由(111)、(111)、(111)、(111)四个底面与(211)表面围成。"燕尾"状缺陷为(552)A孪晶缺陷,(552)A孪晶与(211)A基体间不同的生长速率导致了缺陷的形成。碲镉汞晶体中12个滑移系统间不同的Schmid因子决定了(552)A孪晶成核生长于(111)和(111)面,也决定了"燕尾"状缺陷的表面形貌及结构。

预压缩对挤压态镁合金屈服行为的影响

利用WDW3100电子万能试验机沿挤压态AZ31镁合金试样的挤压方向进行预压缩,研究了在不同施载模式下试样的屈服行为.结果表明:一方面,沿挤压方向的预压缩显著地降低了其拉伸屈服强度,使得其拉伸屈服强度与无预应变的压缩屈服强度几乎相等.造成这一现象的原因是经预压缩后的试样再拉伸时发生了退孪生.另一方面,沿挤压方向的预压缩显著地提高了垂直于挤压方向的压缩屈服强度.在不同施载模式下,分析{10-12}孪生施密特因子表明,孪生体系的最大施密特因子的大小对镁合金屈服强度有重要影响.对于{10-12}孪生主导的塑性变形,如果存在大量相同最大施密特因子的晶粒,则其具有相等的屈服强度,反之则不同.

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。

钇含量在挤压Mg−Y板材拉伸/压缩变形下孪生行为中的作用

研究Y含量对挤压Mg−xY(x=0.5,1,1.5,质量分数,%)板材在沿挤压方向单轴拉伸和压缩下的晶粒尺度孪生行为的影响。基于电子背散射衍射(EBSD),获得大量数据(包括2691个晶粒和977个孪晶),并对其运用自动孪晶变体分析方法。结果表明,无论拉伸还是压缩,都是{1012}拉伸孪晶(TTW)主导变形,并出现大量反常孪生行为(施密特因子(m)<0)。反常孪生行为在拉伸下随着Y含量增加更加明显,表明更高含量的Mg−Y合金中孪生变体选择更加随机。然而,在压缩下依赖于Y含量的反常孪生行为是相反的。研究还发现,反常拉伸孪晶的比例在拉伸和压缩下分别与相应母晶粒中基面和柱面滑移的最大施密特因子(m_(max))密切相关,表明当前Mg−Y合金中孪生和滑移或许有着密切联系。

基于ICME研究Al_(2)Y相对镁合金局部变形和损伤的影响

近年来,集成计算材料工程(ICME)已成为设计新材料和制造工艺最强大的材料基因组工程(MGE)方法之一。采用基于位错密度的晶体塑性相场损伤模型定性和定量分析了Al_(2)Y相对镁基体局部应力、应变、位错密度、滑移系统以及损伤行为的影响。结果表明:镁合金在塑性变形过程中,损伤驱动力与晶粒基面滑移的施密特因子(SF)呈非常明显的线性关系,SF<3的晶粒,损伤驱动力较大,SF>3的晶粒,损伤驱动力较小。镁基体中损伤的起源和传播还取决于Al_(2)Y相的大小和位置。位于晶界处的Al_(2)Y相会引起较大的应力集中,导致损伤驱动力以倾斜的角度(约45°)传播;较小的和位于晶内的Al_(2)Y相的损伤驱动力较小,在变形过程中起到强化镁基体的作用。

TA18钛合金管材织构对环向拉伸性能的影响

利用织构增强原理,开发出了TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金860 MPa级高强度管材,保证了管材的工艺性能,同时又具有优异的力学服役性能。标准规定反映径向织构的管材收缩应变比(CSR)大于1.3,但对上限值未作规定。本研究设计出小管径的环向拉伸夹具,测试了不同CSR管材的环向拉伸力学性能,分析织构对环向抗拉强度的影响,发现存在一个最有利的CSR值为1.75,大于或小于该CSR值时都会导致管材环向屈服强度下降。进一步测定了对应管材的极图和ODF图,从微观结构上可以解释这一规律和本质。环向抗拉强度下降会引起液压系统工作时疲劳强度降低,CSR值的上限在工艺设计时应当加以控制。本研究对发展安全可靠的航空液压系统具有十分重要的理论意义和工程应用价值。