高温动态拉伸下NG TiAl弹塑性行为的数值模拟

基于率相关的晶体塑性理论,发展了更为合理的同时考虑位错滑移和形变孪晶作用、并计及温度影响的TiAl单晶本构模型.在此基础上,建立了能够反映晶粒随机取向的多晶有限元模型,对不同温度(室温～840℃)不同拉伸应变率(0.001～1 350/s)下NG TiAl的弹塑性力学行为进行了模拟.结果显示,模拟得到的应力应变曲线与试验结果基本一致,能够比较好地模拟NG TiAl在不同温度和应变率下的材料响应.还考察了形变孪晶对塑性变形的影响,结果表明孪晶为NG TiAl重要的变形方式之一;动态条件下孪晶的体积分数增大,从而提高了NG TiAl的塑性变形;而温度对孪晶体积分数演化的影响不明显.     

高应变速率下钛-钢复合板界面组织特征及变形机制

在高应变速率下,钛-钢复合板不同材料以不同的变形机制协调变形,结合界面起到至关重要的作用.本文分析研究了高应变速率下钛-钢复合板的界面组织特征和变形机制.结果表明:在钢侧,随着应变速率的提高,小角度(3°~10°)晶界含量增多,织构组分{1-12}〈2-41〉逐渐演变为织构{6-65}〈38-6〉和{111}〈1-10〉.在钛侧,随着应变速率的提高,出现了明显的形变孪晶组织,三种形变孪晶如{11-21}〈1-100〉拉伸孪晶、{11-22}〈11-23〉压缩孪晶和{10-12}〈10-11〉拉伸孪晶产生的难易程度不一样,变形机制由常规的"孪生变形为主"转变为"位错滑移与孪生变形共存"的复合变形模式.在结合界面处,随着应变速率的提高,需要适应由两侧产生的不同变形抗力,才能够实现连续变形而不致使材料发生破坏,其主要的协调机制依靠结合界面及附近晶粒的滑移实现变形.     

泰勒模型在冷轧深冲钢塑性各向异性预估中的应用

利用泰勒理论描述了体心立方织构材料的塑性变形。一种适用于这种材料的模型是：在一定三轴应变状态下,考虑材料中存在（１１０）（１１１）、（１１２）、（１１１）和（１２３）（１１１）３种滑移系,引入不同滑移系间临界分切应力比机械孪晶的权重,按照泰勒理论,结合小内功原则,确定相对主应变坐标参考系任定取向晶粒的泰勒因子（反映变形功或变形阻力）。进而利用织构取向分布函数（ＯＤＦ）分析法,对单晶性质进行织构计权     

30Mn20Al3无磁钢加工硬化行为和组织变化

研究了30Mn20Al3无磁钢冷轧板经1 000和800℃固溶处理10 min后的拉伸变形加工硬化行为和组织结构变化.结果表明:该钢的加工硬化速率在不同变形阶段随真应变的变化呈现不同的规律,加工硬化指数随真应变增加而增加.OM和TEM观察显示,变形量小时,滑移为主要变形机制;变形量增大,变形机制以形变孪晶与位错及形变孪晶之间的交互作用为主;1 000℃固溶处理的晶粒尺寸较800℃大,变形过程中产生的形变孪晶较多,且随着变形量增加,形变孪晶可持续形成,增大了TWIP效应;晶粒尺寸减小使变形过程中的形变孪晶产生的临界应力增大,抑制形变孪晶的产生,从而减小了TWIP效应.     

考虑孪晶内二次滑移的镁单晶细观本构模型

基于晶体塑性理论,建立了一个考虑滑移、形变孪晶以及孪晶内二次滑移的镁单晶弹-黏塑性细观本构模型,并在有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT中数值实现.利用该模型对镁单晶的室温平面压缩试验进行了模拟,研究了不同加载取向下镁单晶变形机制的演化规律.结果表明:镁单晶的变形机制与取向密切相关,其力学行为表现出强烈的各向异性特征;拉伸孪晶在特定取向下能够提供沿晶粒c方向伸长的变形,并引起晶粒的重取向;在某些变形状态下,当拉伸孪晶达到饱和体积分数后,孪晶内会出现二次滑移.     

动态加载条件下细晶镁合金的组织特征及形成机制

研究细晶镁合金在动态加载条件下的力学特性和组织关系,分析细晶镁合金在动态加载条件下的变形行为;探讨镁合金在动态加载条件下组织特征及演变机制.研究结果表明:细晶镁合金的动态抗压强度明显高于准静态抗压强度,具有明显的应变率强化效应.细晶镁合金在动态加载下压缩的变形组织中只有少量的孪晶,滑移是细晶镁合金在动态加载条件下塑性变形的主要机制.     

高锰钢形变过程中加工硬化机理的研究

采用Gleeble-3500试验机对ZGMn13Cr2高锰钢进行0.1s-1应变速率下的室温压缩实验,应变量分别为5%,30%和50%.利用金相显微镜、维氏显微硬度机、XRD和TEM等方法,研究了压缩变形量对ZGMn13Cr2显微组织衍变及加工硬化机制的影响.结果表明:高锰钢压缩变形后晶粒内出现大量变形带,变形带相互交叉、缠结、割截.压缩变形量为5%时,高密度位错相互缠结呈位错胞或者位错墙,压缩变形量为30%时,基体内出现形变孪晶,随着变形量的进一步增大,孪晶的密度和体积分数增大,水韧态高锰钢在压缩变形量为50%的条件下,其显微硬度与初始态相比提高了125%,达到HV560.8.XRD结果显示,压缩变形后基体组织为奥氏体和少量的碳化物,未发现相变诱发马氏体组织.随着变形量的增大,高锰钢加工硬化机理由位错强化机制向形变孪晶强化为主、位错+少量层错强化机制为辅的机制转变.     

ZK61镁合金锻造组织动态力学行为各向异性研究

利用分离式Hopkinson Bar技术,对ZK61镁合金锻造变形组织不同取向的圆柱试样进行动态压缩试验,结合宏观力学响应及微观分析方法,研究了ZK61镁合金不同取向试样的动态力学性能各向异性及变形机制.结果表明:在高应变率条件下,ZK61镁合金锻造变形组织TD及ND方向动态力学性能各向异性不明显,而RD方向与TD及ND方向相比,具有显著的动态力学行为各向异性特点;随着应变率的增加,不同取向试样中孪晶数量变化不同,且ND方向孪晶数量增加最为迅速,RD方向孪晶增加最为缓慢,而TD方向的孪晶迅速增加后明显减少;3个取向的动态力学行为各向异性主要由不同取向的塑性变形机制不同所致.     

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP钢变形的微观组织特征

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对TWIP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析. 研究结果表明,热处理后的TWIP钢中存在60%的退火孪晶,变形后孪晶量减少为32%. 在拉伸过程中,具有退火孪晶的晶粒内部首先发生变形,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向. 变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度,因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制.     

含中心微裂纹α-Fe拉伸与疲劳失效机理的原子模拟

采用分子动力学方法研究了含(010)[101]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制。研究表明,含有此类裂纹的体心立方金属铁在单轴拉伸载荷下,其破坏机制是一个以裂尖层错和孪晶变形共同存在、伴有裂纹钝化,并最终以孪晶变形为主的过程。疲劳失效是以孪晶形变为主,全位错、不全位错、层错共同作用的破坏机制,同时发现循环加载下[11-1](-121)滑移系中孪晶形变比位错更容易发生,而且孪晶的出现,有利于减缓疲劳裂纹的扩展速度。含裂纹α-Fe变形与失效的过程,是一个位错、层错、孪晶和相变等多种微观机制共同作用的复杂过程。     

单晶铜纳米线弯曲、扭转的变形机制的分子动力学研究

本文利用分子动力学方法研究了〈001〉/{100}和〈110〉/{111}两种单晶铜纳米线在弯曲、扭转载荷作用下的变形机制和力学行为.在〈001〉/{100}铜纳米线的弯曲过程中,当弯曲角度很大时,我们观察到了一些五重变形孪晶.分析表明,配位数为12的其它原子类型与hcp原子类型间的相互转化是导致出现这种五重变形孪晶的重要因素.这个结果与文献（Appl Phys Lett,2006,89：041919）所报道的纳米晶铜在拉伸状态下所观察到的五重变形孪晶的形成过程截然不同;然而该孪生变形机制并未在相应的？110？/{111}单晶铜纳米线的弯曲加载过程中被发现.此外,通过对〈001〉/{100}和？110？/{111}单晶铜纳米线进行扭转模拟,我们发现,这两种纳米线的扭转塑性变形分别是以从表面边角和侧表面发射全位错为主的变形机制.     

双相不锈钢热老化前后拉伸变形行为的电子背散射衍射表征

通过电子背散射衍射实验分析方法,研究变形量和热老化因素对双相不锈钢的拉伸性能、相边界、局部应变分布、重位点阵特殊晶界和取向分布的影响。研究结果表明：热老化后,双相不锈钢的强度提高,韧性降低;在大变形条件下铁素体晶粒内小角度晶界的数量和密度略有增加;热老化材料的铁素体的塑性变形和局部应变能力下降,大变形破坏初始奥氏体和铁素体以及∑3孪晶边界的分布。     

压缩载荷下织构对冷轧和退火Cu板力学行为各向异性的影响

分别沿与具有一定初始织构的冷轧和退火Cu板轧向成0°,45°和90°方向取圆柱形试样(样品编号分别为RD-0°,RD-45°和RD-90°),利用Instron电子拉伸机和Split-Hopkinson压杆实验装置,研究织构多晶Cu板压缩力学行为的各向异性。将样品的初始织构用欧拉空间里的一系列分立取向表示,基于多晶体塑性变形模型,定量计算不同方向压缩变形所需外力强度因子。研究结果表明:退火织构多晶Cu板各方向压缩力学行为非常接近,近似为各向同性;冷轧织构多晶Cu板准静态和动态压缩力学行为均呈现出明显的各向异性,RD-90°样品的屈服强度和流变应力最大,RD-45°的其次,RD-0°的最小;外力强度因子可较好地用于解释织构多晶Cu板力学行为各向异性。     

晶界形貌、织构对AZ31镁合金各向异性的影响

采用金相观察、织构分析、拉伸实验等方法,研究了变形工艺、晶界形貌及织构对AZ31镁合金屈服强度及延伸率各向异性的影响.结果表明:轧制过程会使晶粒拉长而产生平直晶界,当拉伸应力方向与平直晶界走向成45°时,AZ31镁合金总是表现出低屈服强度和高延伸率;除了织构之外,晶界形貌也在一定程度上影响着镁合金的力学性能;当拉伸应力与平直晶界走向成0°或90°时,基面滑移的Schmid因子和拉伸孪晶是影响镁合金力学性能的主要因素.     

拉伸与疲劳载荷下α-Ti 中裂纹扩展机制的原子模拟

采用分子动力学方法模拟研究含3种不同裂纹取向的α-Ti在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究表明:B(0001)[1-210]裂纹构型通过产生变形孪晶的方式来实现垂直于基面方向的变形,单向拉伸过程中裂尖处有无位错区出现;A(1-210)[10-10]和C(1-210)[0001]裂纹构型的失效过程表明基面位错比柱面位错更容易发射;C裂纹构型循环加载时基面滑移系优先开动,使位错快速发射而释放了裂尖应力,导致裂纹出现止裂现象;含微裂纹α-Ti材料的失效过程是位错形核与发射、缺陷扩展、孪晶变形等共同作用的结果.     

双峰组织ZA21镁合金棒材的拉–压不对称性及变形机制研究

本文通过挤压及热处理分别制备了两种具有完全再结晶晶粒的ZA21镁合金棒材,分别为晶粒尺寸成大小两种状态分布的双峰组织以及晶粒尺寸均匀的均匀组织,对这两种棒材沿轴向分别进行了拉伸及压缩试验,旨在研究具有双峰组织和均匀组织特征的ZA21镁合金棒材的拉伸?压缩不对称性（拉?压不对称性）,并揭示相应变形机制。结果表明,拉伸和压缩状态下双峰组织的屈服强度分别为206.42和140.28 MPa,高于均匀组织在拉伸和压缩状态的屈服强度,分别为183.71和102.86 MPa。变形过程中,拉伸状态下的柱面滑移和拉伸孪生、压缩状态下的基面滑移和拉伸孪生主导了屈服行为,导致了轴向拉?压不对称性。然而,由于拉伸状态下细晶中基面滑移的激活以及压缩状态下细晶对拉伸孪生的抑制作用,相较于均匀组织较高的拉-压不对称性（0.56）,双峰组织的拉?压不对称性（0.68）明显降低。变形过程中出现了多种拉伸孪晶,孪晶变体的选择取决于母晶可能激活的六种变体的施密特因子。此外,通过改进的霍尔?佩奇公式,发现双峰组织对屈服的强化作用取决于平均晶粒尺寸以及粗晶和细晶的占比。     

汽车用TWIP钢的力学性能与微观组织

采用热轧、冷轧及退火处理等工艺,对成分为25Mn-3Si-3Al的TWIP钢进行了试制,研究了钢板的力学性能、微观组织及其断裂机制,并采用X射线测定了钢板的晶体学织构.实验结果表明:钢板拉伸时发生典型的延性断裂;拉伸前的组织为伴有大量退火孪晶的奥氏体;在拉伸过程中退火孪晶转变成形变孪晶,使产品的强度和塑性提高;退火过程中形成的织构组分有利于塑性变形.     

镁合金大压下轧制变形区内的微观组织变化

通过对定向凝固镁合金板材单道次大压下(50%)轧制变形区内微观组织形貌的观察,以及数值模拟得到的等效应变、静水压力、剪切应力在变形区内的分布情况,分析了镁合金变形机制与变形区内应力应变状态之间关系。实验结果表明:镁合金的变形机制随着剪切应力的增加而从以滑移为主逐渐转化为以孪生为主。随着静水压力的增大,孪晶变细,间距变小,静水压力阻碍了晶间变形。等效应变与孪生变形程度在变形区内的分布趋势一致。在厚度方向上,孪晶密度从表面到中心逐渐减小。     

孪生对镁合金热压缩变形应力及流变硬化行为的影响

为增强镁合金的成型性能,采用热压缩、金相和X线衍射等方法,在温度为350-400℃,应变速率为10-2/s条件下,分析孪生对镁合金热压缩变形过程中流变应力及变形末期流变硬化行为的影响.研究结果表明:在变形过程中,AZ41和ZK60 2种合金的流变应力都随着热压缩温度升高而下降;由于初始织构不同,AZA1镁合金的变形模式主要是孪生,AZ41对应的流变应力峰值高于ZK60合金的流变应力峰值;在变形中期,AZA1合金中仍存在大量的孪晶,使其稳态流变应力始终高于ZK60合金稳态流变应力;在变形末期,孪生导致AZA1镁合金流变硬化行为;ZK60镁合金由于再结晶的软化作用,依然表现为稳态流变.     

关于电塑性拔丝和其结构演变的讨论

简介了几种常用钢种电塑性拔丝的主要实验结果，综合分析钢丝电塑性变形不同层次结构的演变过程，对电塑性变形的机制问题进行了讨论。在微观结构层次上，电塑性效应基本上产生于强脉冲电流的电子对运动位错的激活作用，推动滑移变形的发展。在介观层次上，高密度的脉冲电流造成大量超弥散结构的伸长区，十分有利于向错的大量发射，实现变形的转动机制，导致大的变形甚至超塑性变形。这是电塑性变形最本质阶段。宏观层次上，强电流的脉冲刺激，主要在于减弱织构的发展，改善组织的形态，造成有利的应力应变状态。