轧制形变热处理对Cu-Ni-Si系合金性能和微结构的影响

对比了Cu-Ni-Si合金二次固溶态(790℃×120 min)和大变形冷轧(98.42%累积变形量)+二次时效态(420℃×480 min)的强度、硬度、导电率等性能的变化规律,分析了两种不同形变热处理工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明:大变形冷轧+二次时效工艺条件下制备的合金平均晶粒尺寸为4.28μm;析出相主要由Cr3Si与Ni2Si构成,平均尺寸分别为65 nm和11 nm,呈弥散分布,且合金内出现大量纳米孪晶。累积大变形产生的形变强化和弥散分布的纳米级析出相形成的析出强化,以及大量纳米孪晶的形成,是Cu-Ni-Si合金力学性能显著提升的主要因素。大变形冷轧+二次时效处理后的合金导电率、硬度、抗拉强度、屈服强度分别为27.2%IACS,HV 231.98,707 MPa,703MPa,较二次固溶态合金分别提升了32.60%,94.67%,204.74%,575.96%。二次固溶态合金断口形貌主要由大而深的韧窝组成,大变形冷轧+二次时效态合金断口形貌主要由小而浅的韧窝组成,数量较多,分布致密。

轧制压下率、路径对NiCoCr合金微观结构和力学性能的影响

通过开展不同轧制压下率和路径的轧制实验,制备了具有不同比例和尺寸的纳米孪晶和纳米晶结构NiCoCr合金。透射电镜表征结果表明,单向轧制压下率50%样品中微观结构特征以纳米孪晶和高密度位错为主。当压下率达到90%,由于剪切带在纳米孪晶片层结构中的开动,孪晶体积分数下降,同时剪切带内形成大量尺寸为35 nm的纳米晶结构。多方向轧制样品中微观结构以纳米晶结构为主,平均尺寸为27 nm,略小于单向轧制压下率90%样品中的纳米晶尺寸。拉伸实验结果表明:相比于轧制前固溶态粗晶合金,单向轧制压下率50%纳米孪晶镍基合金强度大幅提高,合金屈服强度和抗拉强度分别达到1312 MPa和1396 MPa。压下率90%轧制样品屈服强度高达1599 MPa,变方向轧制样品屈服强度更是高达1705 MPa。同时拉伸试验数据表明,晶粒细化可以有效地提高材料强度,但是材料的延伸率显著下降。

Effect of deep cryogenic treatment on martensitic lath refinement and nano-twins formation of low carbon bearing steel

The effect of heat treatment and deep cryogenic treatment on microstructural evolution of low carbon martensitic bearing steel was investigated.The experimental results showed that the lath martensite was obtained by quenching and a few twins as substructures formed in some martensitic laths.The rudiment of sub-interfaces of martensitic lath was formed in the highdensity dislocation regions after deep cryogenic treatment;meanwhile,the number of twins increased,especially in the highdensity dislocation regions.This phenomenon is due to the increase in internal stress caused by cryogenic treatment.After tempering,the rudiment of sub-interface further evolved into the martensitic lath boundary,and thus the original martensitic laths were refined.The twins formed by cryogenic treatment did not disappear after tempering.In addition,small quantities of annealing twins formed in tempering process.Martensitic laths morphology and substructures in different stages of the heat and deep cryogenic treatment were observed by tninsmission electron microscopy.

轧制退火工艺对高碳含量孪晶诱发塑性钢拉伸变形行为的影响

以Fe-18Mn-1.0C高碳含量TWIP钢为研究对象,利用单向拉伸试验、光学显微镜和扫描电子显微镜研究了冷轧压下量和退火温度对高碳TWIP钢拉伸变形行为的影响。结果表明,随着压下量的增加,试验钢中产生大量变形组织,在轧制变形组织作用下,Fe-18Mn-1.0C钢的屈服强度及抗拉强度显著提高但塑性降低;冷轧高碳TWIP钢拉伸过程中产生动态应变时效(DSA)现象,随着压下量的增加,锯齿幅度减弱,锯齿数量减少,DSA现象减弱;对冷轧40%试样进行不同温度的退火处理,发现随退火温度的升高,试样屈服强度降低,当退火温度超过400℃时,抗拉强度明显下降,伸长率出现先增加后降低的现象;对于高碳TWIP钢,当退火温度超过400℃时,碳化物快速析出是其抗拉强度及伸长率降低的主要原因。

晶体相场方法模拟纳米孪晶结构

应用双模晶体相场模型,模拟共格纳米孪晶结构.结果表明:球状晶粒生长成的共格孪晶片层,在共格面上的原子排列有变形,容易出现位错;条状晶粒凝固生长成的共格孪晶界,比用球状晶粒长大生成的共格孪晶界的原子排列整齐.应用晶体相场模型,可以精确计算纳米孪晶带的厚度,设计和控制带内的原子层数,实现人工操纵纳米共格孪晶片层结构,指导实验研究纳米孪晶结构及其与性能的关系.

液氮温度下动态塑性形变法制备的纳米孪晶铜结构的研究

利用透射电子显微镜,对液氮温度下动态塑性形变法(LNT-DPD)制备的块体纳米孪晶铜在不同形变量下的微观结构演变进行了研究．结果表明,经LNT-DPD处理后,Cu呈现复杂的微观结构特征：由高密度的纳米尺寸形变孪晶片层团簇、纳米晶组织和含有较高密度位错结构的粗晶组织交错分布组成；其形成机制可归因于形变孪晶与剪切带共同作用的结果．揭示了经LNT-DPD处理的Cu的超高拉伸强度与其微观结构的关系．

孪晶距对纳米钨力学性能影响的分子动力学模拟

为了研究孪晶间距的大小对纳米钨力学性能及变形机理的影响,利用分子动力学对不同孪晶间距的孪晶钨进行了单轴拉伸模拟。使用近邻列表技术(CNA)和位错分析方法(DXA)对拉伸过程中纳米钨的变形失效过程和微结构演化进行了表征分析,从而揭示孪晶间距对纳米钨力学性能影响微观机理。结果表明:孪晶钨变形过程中出现的相变、孪晶界的变形以及去孪晶化的现象会改变孪晶钨中裂纹的扩展方式,提高孪晶界的变形能力;而随着孪晶间距的减小即孪晶密度的增加,可变形的孪晶界增多,导致纳米孪晶钨的断裂应变增加。由于孪晶界中存在能量较高的相互作用的特殊三原子结构使纳米钨中更容易出现晶体缺陷,缺陷会在拉伸载荷作用下快速形成裂纹,导致晶体断裂失效,严重降低了纳米钨的屈服强度。此外,孪晶界的存在显著降低了几何必须位错的数量同时阻碍了位错的滑移运动,位错难以发射和运动,从而导致塑性变差。

亚微米晶铜中孪晶对位错储存能力的影响

利用电解沉积技术制备出系列亚微米晶纯铜样品,并在样品中引入不同密度的纳米孪晶．室温轧制具有不同孪晶密度的纯铜样品,使样品中储存大量位错．结果表明,具有高密度纳米孪晶结构的纯铜样品,40%轧制变形可使其屈服强度从690 MPa增加到850 MPa；而无孪晶的亚微米铜样品的屈服强度在同样轧制变形条件下只从230 MPa增加到330 MPa．这表明具有高密度纳米孪晶结构的纯铜样品具有很高的位错储存能力．

纳米孪晶强化贝氏体化涂层及其耐磨性

目的通过诱发纳米孪晶强化贝氏体化涂层强度及耐磨性。方法在250℃对中碳合金钢进行激光熔覆,并进行等温处理。通过残余应力测试、X射线衍射试验、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察、显微硬度和纳米压痕测试、往复磨损试验及磨损形貌表征,分别评价激光熔覆涂层的残余应力、物相、显微组织与结构、硬度梯度及微观硬度\耐磨性能。结果激光熔覆涂层平行和垂直激光移动方向的平均应力值分别为(209±20)MPa和(319±21)MPa。激光熔覆引入大量位错结构,使残余奥氏体尺寸降低至(37.5±2.5)nm。两组试样均为无碳化物贝氏体组织,其显微组织由针状的贝氏体铁素体以及残余奥氏体组成。在激光热作用及后续等温过程中,显微组织明显细化,并伴随生成大量塑性良好的纳米孪晶结构。激光熔覆涂层的平均显微硬度为650HV,较基体的平均硬度提升了约25%。相同磨损时间下,熔覆层的磨损体积为0.675 mm3,基体的磨损体积为1.142 mm3,纳米孪晶结构的形成大大提升了中碳合金钢的抗粘着磨损性能。结论在特定温度对中碳合金钢进行激光熔覆可以制备贝氏体化涂层,在热应力作用下,显微组织中形成的纳米孪晶结构能够对涂层增强增韧,同时提高其抗粘着磨损性能。

稀土镁合金强韧性设计与开发

镁合金作为最轻质的结构材料,在电子产品及汽车工业领域具有广泛的应用前景。相比于非稀土镁合金,稀土镁合金具有强度高且高温性能好的优点,而成为研究热点之一。本文重点介绍了高稀土含量镁合金和低稀土含量镁合金的强韧化方法。高稀土含量的镁合金可以调控三角分布的棱柱面片状析出相β',阻碍位错滑移,提高合金强度。低稀土含量的镁合金可以采用表面机械研磨处理方法得到表面含有纳米晶中心含有孪晶的梯度组织,利用细晶强化和孪晶强化提高合金强度。

淬火速度对高强度弹簧钢组织与力学性能的影响

采用DIL805A相变仪结合光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究不同淬火速度对60Si2CrVAT弹簧钢显微组织、力学性能和马氏体转变点的影响。研究结果表明:在淬火速度从10℃/s增加800℃/s的过程中,随淬火速率的增加,马氏体块的宽度从666.0 nm减小至573.9 nm,马氏体板条的宽度从189.0 nm减少到147.3 nm。60Si2CrVAT弹簧钢的强度、塑性和硬度总体呈现先增加后降低的趋势,马氏体转变温度则呈先下降后增加的趋势,当冷速为200℃/s时,马氏体转变开始点温度最低而强度和塑性均达到最大,分别为1 924 MPa和26.4%,综合力学性能最好。淬火过程中产生的微纳米孪晶马氏体对提高材料的强塑性起到了促进作用。

纳米孪晶铜力学性能和尺度效应的研究

采用基于机制的应变梯度塑性的传统理论(CMSG),对具有不同尺寸的铜纳米晶粒及孪晶的应力-应变关系进行了有限元模拟.在分析中提出了孪晶薄层强化带的概念并用粘聚力模型模拟晶界的滑移和分离现象,给出了在单向拉伸条件下不同厚度孪晶薄层和不同材料参数对孪晶铜总体应力-应变关系的影响,同时也给出了晶粒中孪晶薄层取向分布对孪晶铜应力-应变关系的影响.数值模拟结果显示:随着晶粒尺寸和孪晶薄层间距的减小,应变梯度效应逐渐增强,材料强化效果越明显;孪晶薄层的取向分布对材料整体的力学性能有较大影响,并且随着晶粒及孪晶薄层间距的减小,孪晶薄层取向的影响也越来越小.最后,有限元计算结果与实验数据进行了对比分析.

孪晶界对α铁力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学方法研究在单轴拉伸载荷下孪晶界间距和孪晶界与拉伸载荷角度对纳米孪晶铁力学行为的影响。结果表明:纳米孪晶铁的屈服强度随着孪晶界间距的增大而增大,呈现反常的Hall-Petch关系;单晶铁中出现变形孪晶,此时其塑性变形以变形孪晶为主;弹性模量随孪晶界间距增大有轻微的增大;拉伸载荷与孪晶界不垂直时,屈服应力降低,变形方式则以去孪晶为主。

等径角挤压变形奥氏体不锈钢的组织演变

用实验方法研究了奥氏体不锈钢在等径角挤压冷变形（路径Rc）过程中组织变化。实验结果表明：当剪切方向与孪晶带方向成一定角度时，在剪切力的作用下，孪晶逐渐由大块孪晶→由剪切带分割的孪晶（楼梯状）→小块状→奥氏体亚晶或马氏体晶粒；部分孪晶在剪切力作用下，剪切带可直接碎化成具有大角度位向差的细小晶粒（奥氏体亚晶＋马氏体晶粒），可发生马氏体相变；当剪切方向与孪晶带方向相同时，孪晶带区域也可发生马氏体转变；3道次变形后，具有明显特征的孪晶已很少，此后继续进行剪切变形，孪晶碎化组织（含马氏体）和奥氏体剪切滑移带（含碎化晶粒）的变形以剪切滑移方式进行，当奥氏体的滑移遇到阻力时，可局部形成局部形变孪晶来协调变形；随变形道次的增加，马氏体转变也越多，在多次剪切以及道次中的交叉滑移作用下，马氏体板条逐渐被高密度位错墙分割而碎化成细小的晶粒；8道次变形后，可获得60-230nm的等轴晶粒。

纳米铜孪晶的分子动力学模拟研究现状与展望

介绍了纳米铜中孪晶及其作用机理,综述了孪晶界对变形机制和变形行为的影响,描述了分子动力学模拟计算在纳米铜研究中的应用,概述了纳米铜孪晶的研究进展,并对其未来的发展方向做出了展望。

低温ECAP挤压Cu-Zn合金微观组织与力学性能研究

采用金相显微镜、透射电镜、X射线衍射及拉伸测试方法,研究了低温等通道（ECAP-LT）变形Cu-Zn合金微观组织与力学性能的变化规律。结果表明：Cu-Zn合金经低温ECAP挤压后,形成了纳米孪晶。随着层错能的降低,平均晶粒尺寸逐渐减小（~200 nm）,纳米孪晶密度增大;显微硬度、屈服强度和抗拉强度逐渐提高,均匀伸长率呈现增大趋势。屈服强度与晶粒尺寸的关系符合典型的Hall-Petch方程。

自洁型非对称同向双螺杆挤出机混合分析

设计了自洁型非对称同向双螺杆,并采用实验研究及数值模拟方法分析其混合特性。采用活性纳米CaCO3(nano-CaCO3)填充线形低密度聚乙烯(PE-LLD)的体系进行实验研究,在挤出量一定的前提下分别在自洁型非对称同向双螺杆挤出机以及普通同向双螺杆挤出机上造粒,通过扫描电子显微镜观察产品中nano-CaCO3分布情况。结果表明,非对称双螺杆挤出PE-LLD/nano-CaCO3复合材料中nano-CaCO3分布较为均匀,粒径尺寸更小,具有明显的增韧效果,这与数值模拟结果一致。

基于PET/MMT纳米共混体系的连续共混装备混炼性能的对比研究

以PET/MMT纳米共混体系为研究对象,对比研究啮合同向平行双螺杆挤出机(TSE)、往复式单螺杆销钉挤出机(RSPE)和串联式磨盘挤出机(SDSE)3种连续混炼装备的混炼性能。MMT片层间距变化以及共混物微观结构均表明3种装备中SDSE的混炼效果最好,TSE的混炼效果稍强于RSPE。从比能耗来看,加工单位质量物料SDSE耗能最多,而TSE略高于RSPE。对连续混炼装备的选择具有一定指导作用。

直流电沉积制备纳米孪晶Ni的显微组织分析

采用直流电沉积方法制备纳米孪晶Ni材料,并对其显微组织进行了分析。结果表明,7.35°本征间隙的存在,使得直流电沉积制备的五次纳米孪晶衍射花样以外的区域中,部分衍射斑发生了辟裂。由于相邻晶界宽化程度不同,相连接的区域极易产生缺陷,孪晶极易在此交接处形核,形成新的其它取向的孪晶。

爆炸加载制备纳米晶铜实验研究

采用爆炸动态加载使粗晶铜发生高应变率塑性大变形的方法制备出了纳米晶铜。分析了冲击飞板动能对铜的应变、晶粒细化程度的影响,初步讨论了爆炸加载下纳米晶铜的晶粒细化机制。结果表明:采用爆炸加载法可制备出纳米晶铜,晶粒度范围为26.1~31.4 nm;冲击动能和试验应变的增大更有利于晶粒细化;位错和孪生是晶粒得以细化的主要机制。