纳米和超细晶金属材料的退火强化

本文综述了纳米和超细晶金属材料的退火强化研究现状和发展趋势。本文关注致密纳米和超细晶材料的研究,首先介绍了电沉积纳米Ni、强塑性变形制得的超细晶金属钛和纯铝的退火强化的实验现象,随后综述了这一强化现象的微观机理,最后探讨了进一步的实验及理论分析的途径。

可溶性阳极电刷镀纳米晶Ni-Fe合金镀层的退火再强化

采用可溶性Ni阳极电刷镀方法制备纳米晶Ni-Fe合金镀层,利用XRD、SEM、TEM、显微硬度计等测试方法分析低温退火对镀层结构和性能的影响。结果表明:纳米晶Ni-Fe合金镀层的硬度随退火温度的升高而提高,在200℃时达到最大值,存在明显的退火再强化;继续提高退火温度导致镀层硬度降低;400℃退火后的镀层硬度与镀态的接近;纳米晶Ni-Fe合金镀层退火过程没有出现晶粒异常长大,表现出比纯Ni镀层更高的热稳定性。

铜/铝/铜轧制复合板的退火工艺研究

研究了低温长时间和高温短时两种退火工艺对铜／铝／铜轧制复合板的成型性能及界面结合强度的影响，讨论了退火强化现象没有出现的原因。结果表明，退火处理不能提高铜／铝／铜轧制复合板的结合强度，只能改善复合板的成型性能。铜／铝轧制复合板宜采用高温短时退火制度，退火温度选择580～625℃，时间控制在10min以内，此工艺得到的铜／铝轧制复合板综合性能最佳。

Zr-Ti层状梯度复合材料的退火硬化和变形行为

为了探寻潜在的强化途径,采用热轧及退火复合法制备Zr-Ti层状梯度复合材料。利用SEM-EDS和EBSD对复合材料的显微组织进行表征,并通过单轴拉伸和压缩试验对其力学性能进行测试。研究结果表明,Zr-Ti复合材料由交替的Zr层/扩散层/Ti层组成,扩散层中Zr、Ti元素成分呈梯度分布。与轧制态复合板相比,退火可显著提高Zr-Ti复合材料的强度,其主要机制是扩散层的固溶强化和组织细化诱导强化;与原始材料相比,Zr-Ti复合材料的强度和延性得到协同提高,这可能与特殊层状梯度结构有关。对比拉伸与压缩性能发现,Zr-Ti复合材料中存在拉、压不对称现象,这可能与孪生变形和非对等扩散引起的微孔有关。

热轧及退火处理对Mg-10Gd-3Y-0.3Zr合金显微组织及抗压强度的影响

为了探究Mg-10Gd-3Y-0.3Zr高温热轧及退火处理对合金显微组织及抗压强度的影响,文中利用光学金相显微镜观察高温轧制板材的显微组织,分析晶粒尺寸大小和动态再结晶程度.研究结果表明:随着变形量增加,晶粒尺寸显著减小,当下压量为60%时晶粒尺寸大小均匀,约为60μm,孪晶密度高;下压量达到60%之前,晶粒粗大,孪晶密度低,超过60%之后,再结晶晶粒逐步取代变形晶粒,晶粒尺寸减小,孪晶几乎消失.退火处理能够显著提高轧制板材的抗压强度,其中175℃×3h退火处理后强化效果明显,抗压强度达到424MPa,退火温度超过175℃后,强化效果开始减弱.

铜铝薄板轧制复合工艺

针对电子、散热等器件对铜铝复合材料的需求,开发了铜铝薄板复合轧制技术,采用实验方法对轧制复合工艺进行了优化.研究了铜铝复合薄板轧制厚比的变化规律,并通过不同的退火工艺,研究了铜铝轧制复合界面变化过程.结果表明:铜铝复合临界轧制压下率随铜厚比例的增加而减小,铜铝组元压下率与总压下率之间成正比关系,随着轧制压下率的增大,各组元压下率也成增长趋势.退火处理可以提高薄板的弯折性能,但当温度过高时,在铜铝界面会产生脆硬的金属化合物,严重影响铜铝复合板的结合强度.

退火处理对预变形Mg-5.3Nd合金压缩强度的影响

通过OM、XRD、SEM、EDS以及室温压缩试验等方法对Mg-5.3Nd合金的金相组织、退火强化行为以及压缩变形机制等进行了研究。结果表明:550℃/8 h固溶处理后,铸态Mg-5.3Nd合金的第二相Mg_(12)Nd基本消除。经预压缩-卸载-再压缩试验,固溶Mg-5.3Nd合金的压缩强度没有明显变化,而预压缩-卸载-退火处理-再压缩试验后,合金的压缩强度明显提高,并获得最佳强化效果的退火工艺为180℃/4 h。原位金相分析发现,未退火试样的再压缩变形机制表现为预变形孪晶的明显长大。而预变形试样退火后,由于钕元素对预变形孪晶的钉扎作用,其再压缩变形机制以新变形孪晶的形成为主。

纯铝板材限制模压变形强化后的热稳定性

借助拉伸试验、维氏显微硬度测试、TEM与EBSD等表征手段,研究了限制模压变形道次与变形后退火对纯铝板材微观组织与力学性能的影响规律。经过多道次的限制模压变形,材料晶粒尺寸由初始退火态的约30μm细化至亚微米级,强度、硬度显著提高。在回复阶段变形材料出现退火强化现象,且在300℃退火时仍保持良好的热稳定性。超细晶材料的退火强化现象主要由晶界位错源抑制强化引起,并与退火温度和应变累积量密切相关。材料晶粒组织在变形及退火过程中主要以小角度晶界为主,且应变累积的不均匀性始终存在。变形后期表面微裂纹的出现对材料的力学性能造成不良影响。2道次模压变形板材在300℃下退火1 h后的综合性能最优。

预孪生纯镁及AZ80镁合金退火过程力学性能演变及其机制

对同一加工工艺得到的挤压态纯镁和AZ80镁合金分别进行6%预压缩,之后对无预压缩和预压缩试样在180℃退火20 h,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜及压缩试验机等对其组织和强度进行了观察和测定,以研究预孪生纯镁及AZ80镁合金退火过程的性能演变及其机制。结果表明:6%预压缩纯镁经180℃退火20 h后,屈服强度较未退火试样降低,不存在退火硬化效应。无预压缩AZ80镁合金直接退火处理后,屈服强度与退火处理前几乎不变;而6%预压缩AZ80镁合金经180℃退火20 h后,因组织中有较多的白色第二相颗粒在孪晶和孪晶界析出,阻碍位错的运动和孪晶扩展,屈服强度较退火前提高了20 MPa,出现了明显的退火强化效应。

二次时效变形对Cu-Zr合金组织和性能的影响

微观缺陷是金属材料机械、物理性能的重要调控媒介。基于微观缺陷调控设计和Zr元素微合金化,利用多道次大塑性变形与时效工艺结合制备了一种高强度、高导电性的Cu-0.08%(质量分数)Zr合金。使用电子背散射衍射仪(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)表征合金在制备过程中微观组织的演化,并对Cu-Zr合金的机械、物理性能进行测试。组织表征表明:通过添加微量Zr元素, Cu-Zr合金先是从等径角变形(ECAP)的过饱和固溶体转变为一次时效后的Zr偏析稳定的超细晶合金,接着通过低温轧制制备出纳米尺度的Cu-Zr合金片层组织。性能测试表明, Cu-Zr合金经过EACA(ECAP+aging+cryo-rolling+aging,简称为EACA)处理后获得高硬度(HV 192.6)和高电导率(82.5%IACS)的良好搭配。分析认为,其高强度来源于细晶强化、偏析强化和退火强化等多强化机制的耦合,而高导电性则是由于基体内部低的元素固溶量和低的晶格畸变。本文为高电导Cu合金的强化提供一种新的设计思路,有望在工业生产中实现大规模应用。