不同变形量5182-O铝合金汽车板PLC效应表现和吕德斯带演变

目的系统研究变形量对5182-O合金吕德斯效应、PLC效应和吕德斯带演变的影响,为提高汽车用5182-O合金冲压零件表面质量、扩大其应用范围奠定理论基础。方法采用透射电子显微镜(TEM)、拓扑仪和万能拉伸试验机等手段表征变形时材料的位错演变、局部变形带形成、宏观形貌演变规律等。结果当材料变形量较小时,位错密度较低,呈现随机散布状态,随着变形量的增大,位错快速增殖且密度迅速增大,位错相互缠结,当材料变形发展至PLC效应临界区时,逐渐演变形成小范围位错塞积群,当材料变形发展至PLC效应深入发展区时,最终演变形成大范围位错塞积群和林位错墙,而与之相对应的材料表面的宏观形貌演变规律如下:由低变形量时的光滑表面演变为单条变形条带、多条变形条带和最终致密粗糙的变形条带。结论不同变形量对材料吕德斯效应、PLC效应、局部变形条带形成影响显著。当变形量较小时,位错密度低,位错增殖速度缓慢,吕德斯效应、PLC效应弱,材料表面无明显变形条带。而当变形量较大时,位错增殖迅速,位错相互缠结,位错与第二相、晶界交互作用,形成位错塞积群和林位错墙,PLC效应剧烈,变形不均,导致表面形成变形条带。

Al-Cu合金中PLC效应时域和空域行为的实验研究

在不同拉伸应变速率下,得到了Al-Cu合金中PLC(Portevin-Le chatelier)效应在时域上的三类“锯齿形”应力-时间曲线,比较并研究了三种曲线的异同及其产生的定性解释.与之相对应,观察并分析了PLC效应空域上三种类型PLC 变形带的空间传播特性.针对3 mm厚的试件,探讨了在不同拉伸应变率下,类型A和B的PLC变形带的传播速率随变形过程的演化;得到了在相同应变下,变形带的传播速率和加载应变速率之间的幂律关系.同时,还将时域上的“锯齿形”应力一时间曲线与空域上的带的传播位置-时间曲线相对应,得到了PLC效应发生时宏观上时域和空域之间的关系.另外,还讨论了试件厚度对PLC变形带的空间相关性的影响.

2024铝合金中沉淀相对PLC效应的影响

对2024铝合金进行不同温度下的热处理,得到了一系列具有不同溶质原子浓度的基体及析出相含量的铝合金试样.将这些试样分别在低温(-100℃)和室温(25℃)下进行拉伸实验,分析其锯齿幅值和临界应变随应变率的变化趋势.结果表明,溶质原子是Portevin-Le Chatelier(PLC)效应的必要因素,单纯的位错切割沉淀相不足以产生PLC效应,只能影响PLC效应,并且沉淀相对PLC效应的影响在中等拉伸应变率时表现明显.

LA41镁合金的PLC效应及其解释

通过单向拉伸实验在LA41镁合金中观察到了PLC(Portevin—Le Chatelier)效应,在整个实验的应变速率范围(3．33×10^(-4)—6．66×10^(-3)s^(-1))内这种塑性不稳定性始终存在,合金的抗拉强度和屈服强度随应变速率的增加而减小,其应变速率敏感系数始终为负值,且该不稳定性总是在一个临界应变之后出现,基于以上特征,运用动态应变时效(dynamic strain aging,DSA)机制,即形变过程中溶质原子与可动位错的交互作用,解释了所观察到的力学现象。

溶质浓度对Al-Cu合金中PLC效应的影响

在不同温度下对Al—Cu合金试件进行固溶处理,以改变溶质原子在固溶体中的浓度及析出相在合金中的含量．对所得到的Al—Cu合金试件进行常应变率拉仲实验,观察其应力-时间关系曲线．由拉伸实验现象分析溶质原子及析出相对位错运动的影响,从而探究Portevin—Le Chatelier(PLC)效应产生的微观机制．结果表明,当固溶处理温度由500℃逐步降低,应力-时间曲线上的锯齿幅值逐渐减小,并在300℃时达到最小值;继续降低固溶处理温度至100℃,锯齿幅值又逐渐增大．固溶处理温度高于300℃时,溶质原子对PLC效应的影响强于析出相的影响而起主要作用;反之,固溶处理温度低于300℃时,析出相对PLC效应的影响强于溶质原子的影响而起主要作用．

5A01高镁铝合金的PLC效应及其力学性能

采用DSC、金相组织观察、透射电子显微镜及室温拉伸实验研究了5A01(6.13wt%Mg)高镁铝合金的组织、锯齿屈服(PLC)效应及不同应变速率下的力学性能。结果表明:淬火态、150℃/1h时效和350℃/1h时效三种状态合金中均分布有β相,但以150℃/1h时效态合金中的β相数量最多;在150℃时效,随时效时间(1～72h)的延长,合金的PLC效应减弱;在时效时间为1h时,随时效温度150℃升高到350℃,合金的PLC效应增强;在应变速率为6.66×10-4s-1时,淬火态、150℃/1h及350℃/1h时效态合金的极限抗拉强度和延伸率变化不大,在应变速率为8×10-5s-1时,150℃/1h时效态合金的极限抗拉强度最高,延伸率最低;5A01铝合金的PLC效应及不同应变速率下力学性能变化的机理,可利用固溶Mg原子和位错相互作用理论进行合理解释。

铝-锂单晶体的反常流变行为和PLC效应

研究了二元Ａｌ－Ｌｉ单晶体的反常流变行为和ＰＬＣ效应，结果表明：固溶态和欠时效态的Ａｌ－Ｌｉ单晶体，在一定温度范围的变形呈反常流变行为；Ａｌ－Ｌｉ中ＰＬＣ效应的出现对应于δ’粒子被切过，同时也是一种热激活过程．负的应变速率敏感性与ＰＬＣ效应的发对应关系。

ER5356铝合金焊丝力学性能与PLC效应分析

对冷变形态ER5356铝合金焊丝进行不同的退火工艺处理,采用室温拉伸试验研究了退火工艺对铝合金焊丝力学性能和PLC效应的影响。结果表明,中间退火时间为1 h时,退火温度由300℃升高到400℃,铝合金焊丝PLC效应减弱,当经过350℃×1 h退火时,冷拔铝合金焊丝抗拉强度为316 MPa,断后伸长率为22%,PLC效应相对较弱;低温退火温度大于200℃时,成品焊丝会出现反常PLC效应,造成塑性变形不均匀,当经（100~200）℃×1 h的低温退火时,成品焊丝残余应力降低,强度塑性匹配良好。

铝合金PLC效应与声发射特性的实验研究

考虑退火温度和应变率对6063铝合金力学性能的影响,采用材料试验机和声发射测试系统对铝合金PLC效应和声发射特性开展实验研究,获得了不同应变率下材料的应力-应变曲线和不同退火温度下声发射参数的变化规律.结果表明,2×10^-3,2×10^-4,2×10^-5 s^-1应变率加载时,6063铝合金的应力应变曲线表现出明显的PLC现象,降低加载应变率,PLC现象增强,并出现了从A型到C型的转化;加载应变率为2×10^-4 s^-1时,PLC效应的临界应变随退火温度的升高而降低;由于细观结构上可动位错密度的增加,屈服阶段试件中产生的声发射振铃计数急剧增加,达到峰值;进入到塑性强化阶段,声发射活动减弱;弹性变形阶段和塑性强化阶段产生突发型信号,而屈服阶段为连续型信号,与试件的均匀变形以及剪切变形带的形成与传播相关.

析出相和织构对5052合金和新型Al-Fe-Mn变形铝合金PLC效应的影响

参考5052合金,通过去除镁元素,调整铁、锰、铬及稀土元素的含量,开发了新型Al-Fe-Mn变形铝合金,研究了析出相和织构对2种铝合金PLC(Portevin-Le Chatelier)效应的影响。结果表明:5052合金中存在强烈轧制织构Brass{110}〈112〉,产生了明显的PLC效应,且合金中大量析出的细小Mg_(2)Al_(3)相与位错相互作用使得PLC效应随塑性应变增加而先强后弱;Al-Fe-Mn合金中再结晶织构Cube{001}〈100〉占主体,使得合金塑性较好,且尺寸较大的FeAl_(3)析出相对位错的钉扎作用较弱,合金未发生PLC效应。

析出相对AZ91D挤压镁合金PLC效应的影响

研究了具有不同析出相含量的AZ91D挤压镁合金在拉伸变形中出现的Portevin-Le Chatelier(PLC)现象,讨论了析出相对其产生PLC效应的影响规律,指出AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的微观机理。结果表明:Al溶质原子的浓度是影响AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的主要因素,β-Mg_(17)Al_(12)相的析出抑制了AZ91D挤压镁合金不稳定塑性行为。当β-Mg_(17)Al_(12)相析出量较高时,AZ91D挤压镁合金表现为稳定的塑性流变过程,其对应的应力-应变曲线为光滑的曲线;随着β-Mg_(17)Al_(12)相析出量的降低,固溶于Mg基体中的Al原子量增加,固溶体内溶质原子浓度提高,拉伸曲线表现出明显的锯齿屈服并逐渐剧烈,即AZ91D挤压镁合金的PLC效应随β-Mg_(17)Al_(12)相析出量的减少和Al溶质原子浓度的提高而增强;当β-Mg_(17)Al_(12)相含量为1.0mass%,对应的曲线上只出现一个锯齿抖动,这是AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的临界状态。

固溶时效对铝合金层状复合板力学性能与PLC效应的影响

采用累积叠轧(ARB)工艺制备了1100/7075铝合金层状复合板,并对其进行固溶峰时效热处理。利用扫描电镜(SEM)研究了固溶时效热处理对铝合金复合板微观组织和力学性能的影响,分析了拉伸过程中的PLC(Portevin-Le Chatelier)效应。结果表明:随着复合板层数的增加,界面呈现明显的波形特征,轧制协调变形使7075铝合金层颈缩,1100铝合金层弯曲;复合板层数大于40层时,屈服强度基本不变,拉伸强度随层数的增加而增加;随着复合板层数的增加,界面分层逐渐取代韧窝成为主要的断裂机制,这有利于复合板韧性的提高;固溶时效处理后复合板中MgZn2第二相粒子分布更加弥散均匀,应变硬化速率提升,均匀伸长率大幅度提高;第二相粒子引起的晶格畸变使Cu、Mg溶质原子在析出相周围的偏聚,溶质原子对位错的反复钉扎和脱钉,导致PLC效应的产生。

Q345钢焊接结构高温环境下拉伸形变PLC效应的声发射表征

为进一步研究Q345钢焊接结构在高温下拉伸形变微观组织对声发射信号的影响,对Q345钢母材结构和焊接结构分别在20℃、200℃和250℃条件下进行拉伸形变测试,同时使用声发射手段进行监测。高温下焊接材料强度有所降低而塑性增强,在高温下拉伸的应力应变曲线硬化阶段出现同屈服阶段类似的锯齿波动即波特文-勒夏特利埃效应(Portevin-Le Chatelier简称PLC效应),在200℃和250℃条件下材料的屈服点较20℃有下降,且基本上无屈服平台。常温下母材试样硬化阶段声发射信号幅值大多集中在40~50 dB,而焊缝试样主要集中在50~70 d B其中个别信号超过80d B。200℃条件下弹性阶段在40~50 d B范围产生大量低幅值声发射信号,随着应变增大声发射信号幅值逐渐升高但总体处于60 dB以下。在硬化阶段对比200℃和250℃条件下声发射信号数量分布范围可见,温度升高后位错受溶质原子束缚小,位错运动活跃。

一种镍基高温合金PLC效应的温度依赖性研究

研究了温度对一种镍基高温合金Portevin-Le Chatelier(PLC)效应的影响.在恒定的拉伸速率5×10^(-4)s^(-1)下,从室温到900℃温度范围内进行拉伸实验,分析PLC效应发生的临界应变、应力跌幅、等待时间和飞行时间随温度的变化规律,揭示PLC效应的温度依赖性,探讨不同温度范围内PLC效应产生的微观机理.结果表明:从室温到450℃,随着温度升高PLC效应发生的临界应变减小,应力跌幅增大,表现为正常PLC效应,该过程为溶质原子气团向可动位错扩散并对其形成有效钉扎控制;而从450℃到600℃,随温度的升高临界应变增加,表现为反常PLC效应,该过程为位错第一次摆脱溶质原子气团的钉扎而脱钉自由飞行的过程控制.当超过一定温度后,由于不能形成有效的溶质原子气团对位错进行钉扎,因此不会发生PLC效应.

5456铝合金PLC效应的两种临界机制研究

在不同温度下对5456铝合金进行拉伸实验,观察到低温下的正常临界行为和高温下的反常临界行为.对比不同温度下的应力应变曲线,分别定义上下包络线.临界应变之前的应力在低温时遵循下包络线,在高温时遵循上包络线.锯齿状应力-应变曲线在上下包络线之间振荡,且在低温时,锯齿方向朝上;高温时锯齿方向朝下.通过对应力和微观位错运动的分析讨论,提出了分别对应于上下包络线的2种稳定塑性变形,并给出相应的位错运动情况:下包络线对应着位错没有被溶质原子钉扎,上包络线对应着一部分位错已经被溶质原子钉扎但未能脱钉.正常临界行为取决于第一次钉扎,而反常临界行为取决于第一次脱钉.

铝合金中PLC变形带的轨迹观察和研究

本文采用了动态数字散斑干涉法 (DSPI) ,对恒定加载应变率下铝合金试件的拉伸实验作了直接地观察和研究。实验记录了三种类型的PLC(Portevin LeChatelier)变形带 (类型A、B、C)在试件表面的产生过程 ;追踪了它们产生和传播的空间轨迹 ;探讨了在室温下出现不同类型PLC带所必需的加载应变率范围 (当 ε≥ 5× 1 0 - 4 s- 1 时 ,变形过程中以A类型的PLC带为主 ;当 ε <3× 1 0 - 5s- 1 时 ,则大量出现C类型的PLC变形带 ;而B类型的带将出现于这两者之间 ) ;并对”锯齿形”应力曲线中应力下掉的幅值进行了统计研究。同时 ,针对连续传播的A类型带和跳动传播的B类型带 ,得到了变形带的传播速度在变形过程中的递减演化趋势。实验还观察到随着塑性变形量的增加 ,变形带的倾斜方向会发生对称迁移现象。A、B带在拉伸试验过半时迁移现象发生 。

Mg-8% Li合金的拉伸变形行为及其应变率效应

利用电子拉伸试验机在不同拉伸速率下对具有密排六方结构(HCP)和体心立方结构(BCC)的双相Mg-8%Li合金进行了拉伸试验。结果表明,在0.05 mm/min和0.5 mm/min拉伸速率下,该合金产生了塑性不稳定现象(PLC效应);在0.05 mm/min～50 mm/min拉伸速率范围内,随着拉伸应变率的增加,合金产生了显著的正应变率效应。微观断裂机制主要是微孔聚合型韧性断裂,但随着应变率提高,合金断口表现出一定的脆化倾向。

高速DSPI研究PLC剪切带成核演化过程

在适当的温度、应变率和预变形下,合金材料的拉伸试验中,将会出现伴随应力锯齿形跌落的雪崩式剪切变形带,即PLC(Portevin-Le Chatelier)效应。本文利用高速(1000 fps)数字散斑干涉法(DSPI),对不同加载应变率下,铝合金(LY10)试件中出现的连续(A-type)、间断(B-type)传播和随机(C-type)出现的三种PLC剪切带的瞬态成核与演化过程进行捕捉,通过对捕捉的试件表面系列散斑干涉图进行顺序相减处理,得到试件表面变形过程中位移的分布和演化系列条纹图。实验结果显示,对应于三种类型的剪切带,有两种主要的成核演化形式:1.A型剪切带的主要成核形式为先形成一个在观察平面上与拉伸轴方向成60°角并且横跨试件宽度的窄带,伴随着应力下落,剪切带开始沿自身宽度方向高速扩展达到最终宽度;2.对应于B、C型剪切带,先在观察平面上试件的一侧形成沿与拉伸轴方向呈60°角、长度约为最终长度一半的窄带。随着应力下落,带的前沿开始向试件的另一侧面沿自身长度方向传播,在传播过程中带逐渐沿自身宽度方向膨胀。带的前沿贯穿试件后,带开始高速膨胀,导致雪崩式剪切变形发生。

铝合金中Portevin-Le Chatelier效应研究概述:内在机理及微观调控

在应力作用下金属材料的塑性失稳现象对构件的安全服役至关重要,这也一直是科学和工程领域关心的重要问题之一。铝合金作为应用广泛的轻质金属结构材料,普遍存在由Portevin-Le Chatelier(PLC)效应引起的塑性失稳现象。不同于结构设计和应力状态导致的屈曲失稳,PLC效应是材料的本征特性,起源于可动溶质原子反复钉扎位错与位错脱钉扎之间的动态交互作用;宏观表现为,在特定的应变速率和温度区间内,局部变形带会突发形核并迅速扩展,在应力−应变曲线上对应出现应力波动。通常,PLC效应导致的应力波动幅值有限,但与其伴生的负应变速率敏感性会降低材料延性,且局部滑移特性会破坏钣金成形金属的表面质量,在汽车蒙皮等注重外观的应用中须加以规避。因此,探索铝合金中PLC效应的微观机理,以及如何通过微观结构人为调控PLC效应,具有重要的意义。本文对PLC效应及其微观机理进行概括性的介绍,并总结了铝合金中两种主要微观结构调控方式(析出调控和细晶调控)对于PLC效应的作用规律。需特别指出,作为新型的强化原子结构,高密度的溶质团簇不仅可以打破强度—延性的倒置关系,还展现出比析出相更为有效的PLC效应抑制作用。

自然时效对TiB_(2)/7050铝基复合材料PLC效应的影响

研究了自然时效时间对TiB_(2)/7050铝基复合材料塑性失稳效应(PLC效应)的影响。首先,对固溶水冷后进行不同时间自然时效的TiB_(2)/7050铝基复合材料开展室温恒应变速率拉伸试验,然后分析平均应力跌幅、跌落时间、重加载时间以及临界应变,研究自然时效时间对PLC效应的影响,最后,利用扫描电镜观察拉伸断口微观形貌。结果表明,自然时效时间在1 h内,TiB_(2)/7050复合材料的强度变化不大,超过1 h后,屈服强度和抗拉强度均有明显增加。PLC带类型随自然时效时间的延长由具有跳变性质的B类(0~1 h)逐渐向连续传播的A类(1.5 h)演变,再向具有阶梯传播特性的D类(2~4 h)演变。当自然时效时间超过1 h后,TiB_(2)/7050铝基复合材料拉伸断口韧窝明显变浅,尺寸变小,这表明复合材料塑性随自然时效时间的延长而降低。因此,TiB_(2)/7050铝基复合材料的固溶处理与人工时效的间隔不应超过1 h。