深冷轧制变形对新型Ni-W-Co-Ta高密度合金显微组织与性能的影响

采用熔炼-浇铸-锻造流程制备新型Ni-W-Co-Ta高强度合金,并对Ni-W-Co-Ta合金经深冷轧制变形后的显微组织及力学性能演变规律进行表征。结果表明:随着变形量的增加,新型Ni-W-Co-Ta高密度合金中等轴晶粒沿轧制方向不断被拉长,同时产生大量的滑移带以协调剧烈的塑性变形,并最终形成纤维组织。变形量的增大导致位错密度急剧增大,位错交互作用显著加强,进而使晶粒尺寸细化至纳米量级;合金强度、硬度随着变形量的增加而显著提高,伸长率则急剧下降。断口形貌则由韧性断裂(未变形)向准解理-韧性混合型断裂转变(90%变形量)。

7075铝合金深冷轧制及时效处理微观组织和性能

采用深冷轧制和室温轧制及峰值时效处理制备了不同厚度的7075铝合金板材,利用硬度测试、拉伸试验、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了轧制板材的力学性能和微观组织演变。结果表明:与室温轧制板材发生了严重边裂不同,深冷轧制板材始终未发生边裂。轧制强化效果随压下率增加而提高,80%压下率的深冷轧制样品屈服强度和抗拉强度较固溶样品分别提高155%和44%。深冷轧制样品在峰值时效后强度和塑性同时提升。20%、40%、60%和80%压下率的深冷轧制+峰值时效样品与室温轧制+峰值时效样品相比,断裂伸长率分别提高8.7%、18.5%、45.5%和57.4%,这是时效引起的位错湮灭、深冷轧制更均匀的变形和深冷轧制+峰值时效样品中细小析出相的共同作用。

新书推介:深冷轧制制备高性能有色金属材料

与传统大塑性变形方法相比,深冷轧制被认为是生产超细晶金属材料的有效工艺之一。深冷轧制改变了金属材料的塑性变形环境,与冷轧或者热轧相比,这种轧制变形获得的材料具有显著不同的组织与性能。深冷轧制抑制动态回复可以使累积的位错密度达到更高的稳态水平,而这些位错将作为启动大量形核位置的驱动力,从而形成亚微晶或超细晶粒材料。对比传统热轧与冷轧技术,深冷轧制是一项变革性技术。

深冷轧制工艺开发与发展

近年来,在国内钢铁企业中,为适应市场变化,提高产品质量和效益,开发出了一系列高附加值产品。例如:高强钢、大厚度薄板、大型板带轧机、高强度中厚板生产线等。但与这些高附加值产品相比,传统的热轧工艺在产品质量、生产效率以及经济效益等方面还存在一定的差距。因此,深冷轧制工艺成为现代钢铁企业提高产品质量和效益的一项重要技术措施。本文首先对深冷轧制工艺的开发与发展进行了全面的概述,其次对深冷轧制工艺中存在的问题进行了分析,最后从原料、设备、工艺技术、生产组织管理等方面提出了提高深冷轧制工艺水平的建议。

退火温度对深冷轧制6063铝合金组织性能的影响

通过深冷轧制实验,研究退火温度对深冷轧制6063铝合金显微组织及力学性能的影响,利用电子万能试验机、宏观硬度计及光学显微镜等对合金力学性能、微观组织及断口形貌进行了观察及分析。结果表明,在相同退火温度下,深冷轧制后试样的硬度及力学性能均好于室温轧制。对于6063铝合金,无论是室温轧制还是深冷轧制,随退火温度的升高,试样硬度均表现为先升高后降低,在180℃左右硬度出现峰值。经100～250℃低温退火后,试样的伸长率表现为先增加后降低,随后又增加的趋势,其间存在两个峰值,180℃为伸长率升高的高峰,200℃为伸长率降低的低峰。深冷轧制铝合金的断裂属于韧性断裂,断口形貌属于韧窝-微孔聚集型。在200～300℃退火时,晶粒粗化。

深冷轧制与时效处理Al−3.6Cu−1Li合金的显微组织演变和力学性能

对Al−3.6Cu−1Li合金进行室温轧制和深冷轧制,并研究工艺对材料显微组织演变和力学性能的影响。通过显微组织分析与力学性能测试,研究厚度压下率为70%和90%的室温轧制和深冷轧制样品的显微组织和时效特性。经过90%厚度压下率的深冷轧制样品具有高强度和良好的韧性,这主要是由于深冷轧制样品对动态回复的抑制和高密度位错的积累。人工时效研究结果表明,达到峰值硬度的温度与变形量成反比,与轧制温度成正比。此外,明场透射电子显微镜照片表明,时效处理的深冷轧制样品存在T1(Al2CuLi)相析出。研究表明,高存储的应变能增强合金的时效动力学,进而促进强化相形核。

深冷轧制制备超细晶纯铝的微观组织与热稳定性研究

采用深冷轧制的方法制备了超细晶纯铝,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及背散射电子衍射等技术表征了不同应变量下纯铝的微观组织;并且利用自动硬度计分析了纯铝的力学性能;同时对应变为2.7时的试样进行退火处理,研究了超细晶纯铝的热稳定性。研究表明,纯铝变形过程中,随着应变的增加,晶粒尺寸明显得到细化,达到饱和状态时晶粒尺寸为340 nm,其形貌主要是层片结构,且存在大量的小角度晶界;变形态纯铝的显微维氏硬度随着应变的增加而逐渐增加,当晶粒尺寸为340 nm时,硬度可达到44 HV;此外,超细晶纯铝在退火过程中的晶粒尺寸随着温度的升高而增加,在200℃下退火30 min后晶粒尺寸为1μm。

一种Fe-Ni-Co合金深冷轧制过程的显微组织及力学性能

对Fe-Ni-Co(Fe-32.5%Ni-3.72%Co)合金进行了不同压下量的深冷轧制,利用光学显微镜、XRD等分析手段研究了合金的低温变形过程中的组织演变。研究结果表明,深冷处理后合金中形成了体积百分含量为20%左右的变温马氏体;随后的深冷轧制工艺触发了合金中形变诱导马氏体,并且马氏体转变量随着压下量的增加而增多。当累积压下量达到80%,合金中的马氏体含量达到了72.4%。由于低温变形使合金中形成了大量的马氏体,合金的显微硬度值迅速升高,80%累积压下量的深冷轧制后试样的显微硬度增加到375Hv。

深冷轧制对AA6069铝合金组织和性能的影响

为优化AA6069铝合金的综合力学性能,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、差示扫描量热法,以及硬度、强度测定,研究分析了深冷轧制和室温轧制对AA6069铝合金组织和性能的影响。结果表明,对比室温轧制,深冷轧制后样品组织更细小,经热处理后其屈服强度、抗拉强度及伸长率均显著提高(Rp0.2=425 N/mm^2,Rm=488 N/mm^2,A=7.4%);无论是室温轧制还是深冷轧制,拉伸试样断裂方式均为韧性断裂,深冷轧制铝合金的断口韧窝尺寸较大;在后续时效过程中,经深冷轧制合金的强化相比室温轧制的更易析出。

深冷轧制制备高强、高电导率CuMg合金（英文）

利用透射电子显微镜观察(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、硬度测试、拉伸测试与电导率测试研究室温轧制与深冷轧制Cu-0.2wt.%Mg合金的显微组织、力学性能与电导率。结果表明,与室温轧制样品相比较,深冷轧制样品的晶粒尺寸减小了41%。随轧制变形量增加,合金的显微硬度持续增加而电导率下降。对于深冷轧制样品,当厚度减小90%时,其抗拉强度和电导率分别达到726 MPa和74.5%IACS。抗拉强度的提高主要归因于晶界强化与位错强化。

深冷轧制对Cu-2.89Ni-0.61Si-0.14Mg合金组织和性能的影响

对Cu-2.89Ni-0.61Si-0.14Mg合金进行了深冷轧制和室温轧制。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电导率仪、硬度计、万能试验机等方法,对比研究轧制温度和轧制道次对合金的组织和性能影响。结果表明,轧制道次相同时,深冷轧制能提高合金的导电率、硬度和强度,细化析出相,使合金具有良好的抗过时效能力。轧制温度相同时,随着轧制道次的增加,合金的硬度增加。

深冷轧制和热处理获得具有二级纳米结构的2024铝合金超强板材

在液氮温度和应变为2条件下对预淬火热压2024铝合金进行轧制,研究轧制和后续天然和人工时效对其结构和服役性能的影响。利用光学显微镜、电子显微镜和X射线分析发现,深冷轧制并没有定性地改变最初粗纤维组织的类型,而是在纤维内部产生发育良好的纳米晶胞亚结构。进一步时效导致初步过饱和、加工硬化铝固溶体的分解,也导致静态回复和/或再结晶基体中强化相的沉淀。相比于压制和Т6热处理态的合金,轧制和自然时效态的合金表现出更高的屈服强度(YS=590 MPa)和极限抗拉强度(UTS=640 MPа),而两种合金的断裂伸长率相当(El^6%)。低于常规T6路线温度的人工时效可以进一步提高合金的强度且保持良好的综合力学性能,包括较高的强度(YS=610MPa,UTS=665MPа)与延性(El^10%)、良好的静态裂纹阻力(裂纹形成和生长功分别为42和18k J/m^2)和良好的耐腐蚀性(晶间腐蚀的强度和深度分别为23%和50μm)。

累积叠轧和深冷轧制复合工艺制备超细晶1060铝合金带材

采用5道次累积叠轧制备超细晶粒1060铝合金带材,并对材料分别进行三道次冷轧(298 K)、深冷轧制(轧制温度为83K和173K)。采用透射电子显微镜检查样品的显微组织,并通过拉伸试验和显微硬度试验测量材料的力学性能。结果表明,在随后的轧制过程中,累积叠轧带材的晶粒尺寸进一步细化,并且随着轧制温度的降低,晶粒尺寸变得更细。深冷轧制(83 K)后带材的晶粒尺寸从累积叠轧样品的666 nm细化至266 nm,这比经过随后冷轧(346 nm)的晶粒尺寸更加细小。同时,与冷轧相比,随后的深冷轧制使超细晶带材具有更高的强度和延展性。

快速退火对深冷轧制6063铝合金组织性能的影响

利用电子万能试验机、万能硬度计和光学显微镜研究了快速退火工艺对深冷轧制6063铝合金显微组织、硬度、力学性能及断口形貌的影响。结果表明,经相同退火工艺处理,深冷轧制后试样的硬度及力学性能均好于室温轧制。无论是室温轧制还是深冷轧制,随退火温度的升高,试样的硬度和强度均表现为先升高后降低,在200℃左右出现峰值。经150~250℃快速退火后,试样的延伸率表现为先增加后降低,随后又增加。对深冷轧制试样进行200℃、5 min的快速退火处理可获得最优的硬度和强度,快速退火10 min试样的延伸率好于退火5 min的试样。深冷轧制6063铝合金的断裂为韧性断裂,断口形貌为韧窝-微孔聚集型。当退火温度超过200℃时,经深冷轧制试样的显微组织中部分区域发生再结晶。

深冷轧制及时效处理过程中Cu-Fe合金的组织性能演变

利用SEM、XRD、TEM、力学性能及导电性能测试研究了Cu-5Fe合金在深冷轧制及时效过程中组织和性能的演变规律。结果表明,变形量为90%时,相比室温轧制,深冷轧制后合金的位错密度更高,Cu基体晶粒和Fe相的细化更显著。时效温度为500℃时,深冷轧制试样中析出的纳米Fe相更加细小,数量更多,这是因为深冷轧制试样中更高的形变储能和位错密度更有效地促进了Fe相析出。经过90%变形量深冷轧制和500℃时效1 h后,Cu-5Fe合金的抗拉强度为551.5 MPa,导电率为69%IACS,综合性能优于室温轧制结合时效处理后的合金,这归因于深冷轧制试样再结晶后的晶粒仍小于室温轧制试样的,同时深冷轧制试样中更多纳米Fe相带来的析出强化效果更强,对合金的导电性影响也更小。

微量Zr对深冷轧制Al-Cu-Mg合金微观组织及性能的影响

采用光学显微镜(OM)、电子万能试验机、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等研究了微量Zr添加对深冷轧制Al-Cu-Mg合金板材显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量Zr元素的添加使Al-Cu-Mg合金晶粒细化,第二相粒子尺寸减小且分布更均匀,主要为θ-Al_(2)Cu相。添加Zr能有效提升Al-Cu-Mg合金的力学性能,Al-Cu-Mg-Zr合金的抗拉强度、伸长率及布氏硬度分别为610 MPa、10.3%和176 HBW,相对未添加Zr的Al-Cu-Mg合金分别增加了67 MPa、2.5%和22 HBW。位错强化对Al-Cu-Mg-Zr合金强度提升的贡献显著,达到了325 MPa。此外,经深冷轧制后Zr增强了Al-Cu-Mg合金在(111)、(200)和(220)的织构极密度,但是未改变织构类型。

深冷轧制对Mg-9Li-1Zn合金微观组织及力学性能的影响

首先对Mg-9Li-1Zn(LZ91)合金进行了不同时间的深冷处理,随后进行深冷轧制。利用光学显微镜、扫描电镜及拉伸试验机等研究了深冷轧制对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:深冷4 h后深冷轧制的合金中α-Mg相出现了一定程度的细化,并以细针状弥散分布于β-Li相中。深冷20 h后深冷轧制的合金中α-Mg相形貌并没有发生明显改变。与室温轧制相比,深冷4 h后深冷轧制的合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了约43和36 MPa,而深冷20 h后深冷轧制的合金的抗拉强度和屈服强度分别增加了约20和50 MPa。

采用深冷异步轧制提高高熵合金颗粒增强铝基复合材料的力学性能

为了获得更高性能的铝基复合材料(AMCs),采用室温异步轧制(AR,298 K)和深冷异步轧制(ACR,77 K)制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料带材。通过拉伸实验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对铝基复合材料的力学性能和微观结构进行分析。结果表明,深冷异步轧制比室温异步轧制更能提高复合材料的力学性能。深冷异步轧制含3%(质量分数)高熵合金颗粒的铝基复合材料的抗拉强度达到253 MPa,比室温异步轧制复合材料提高13.5%。与室温异步轧制相比,深冷异步轧制的复合材料具有更少的微孔洞、更细小的晶粒尺寸和更高的位错密度。深冷异步轧制复合材料微缺陷的减少是因为铝基高熵合金颗粒复合材料在深冷环境中具有合适的体积收缩效应。

深冷轧制对AISI 310S不锈钢组织和性能的影响

采用深冷轧制技术对AISI 310S奥氏体不锈钢进行不同变形量的实验,借助OM、SEM、TEM、XRD及微拉伸试验等方法研究了不同变形量下奥氏体不锈钢的组织特性及性能变化规律。结果表明:奥氏体不锈钢在深冷轧制不同变形量下均未发生应变诱发马氏体相变,在变形量为30%时,组织内部出现高密度位错且夹杂少量的形变孪晶,随着变形量增大至70%时,组织内部出现大量形变孪晶,孪晶与位错的交互作用显著加剧;到变形量为90%时,晶粒完全碎化至纳米量级。而且随着变形量的增大,强度指标大幅度上升,屈服强度、抗拉强度分别从原始态的305 MPa、645 MPa增加至1099 MPa、1560 MPa;而伸长率则从40.8%(原始)下降至6.4%(变形量90%),拉伸断口由韧性断裂向准解理断裂转变。

工业纯铝在室温和深冷轧制条件下的微尺寸效应

对1060工业纯铝分别进行室温轧制和深冷轧制,取成品厚度为300、200、100、50和25μm 5组试样进行拉伸试验。结果表明,经过室温轧制的轧件,当其厚度减薄至100μm时出现微尺寸效应,即厚度大于100μm时随厚度减小抗拉强度增大,厚度小于100μm时随厚度减小抗拉强度减小;发现100μm是纯铝室温轧制时出现尺寸效应的临界值。与室温轧制相比,经过深冷轧制轧件微尺寸效应的临界值相同而表现形式不同,厚度小于临界值100μm后其抗拉强度随厚度减小而增加的速度加快。在相同厚度条件下,深冷轧制后的轧件比室温轧制的晶粒内部亚结构更细小,分析认为这是其强度高于室温轧制的一个原因。