铝锂合金超塑性变形模型

透射电镜(TEM)观察表明 8090 和 CP276 铝锂合金在超塑性变形最佳条件下,除位错滑移、攀移和扩散蠕变外,还发生贯穿变形始终的动态回复和动态再结晶,研究指出,8090和 CP276 铝锂合金的超塑性变形是位错滑移、在晶界上的位错攀移、三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶及扩散蠕变共同协调晶界滑动的过程,其中,在晶界上的位错攀移及三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶是两个交替作用的速控过程。本文提出了有动态回复和动态再结晶参与协调晶界滑动的超塑性变形复合模型。由该模型解释了 8090 铝锂合金冷、热轧态及 CP276铝锂合金超塑性能的差异。     

晶体相场模拟取向角对晶界湮没过程的影响

【目的】研究大角晶界的位错运动和相互作用,揭示晶界发射位错的内在原因。【方法】采用晶体相场模型模拟不同取向角的晶界位错湮没过程。【结果】晶界湮没有如下主要过程:开始时位错沿晶界攀移,随后晶界发生位错发射,位错运动方式由攀移转化为滑移;位错滑移穿过晶粒内部,在到达对面晶界处发生湮没;其余的晶界位错仍作攀移运动,再次出现晶界发射位错;滑移位错与其它位错在晶内相遇发生湮没。【结论】位错在晶界处湮没,自由能曲线的谷较浅,而在晶粒内部湮没,能量曲线的谷较深;晶界攀移的位错越多,能量曲线的峰越高。     

弯曲晶界对GH49合金蠕变过程中位错组态的影响

本文用电子金相观察了GH49合金两种不同的晶界状态,试样在蠕变断裂过程中位错组态的变化,并研究了位错与晶内γ′相及晶界碳化物沉淀间的相互作用。研究表明:平直晶界试样,晶内蠕变主要是位错攀移越过γ′相所引起,晶界运动受控于晶界滑动。而弯曲晶界试样,晶内蠕变是位错攀移越过r′相及位错切割γ′相所引起,晶界运动受控于晶界滑动与弯曲段内的“回复”移动。因而,弯曲晶界提高了晶内蠕变速率而降低了晶界滑动速率。这就有效地阻止了裂纹的连接、扩展,大幅度地提高了蠕变第三阶段的断裂抗力,从而延长了蠕变寿命及蠕变断裂塑性。     

晶内位错在8090铝锂合金超塑性变形中的作用

研究了 8090 合金超塑性变形中的位错行为。透射电镜观察表明晶内位错产生于三角晶界,晶界台阶和粒子处。在变形初期,晶内位错滑移相当活跃;在变形中期,晶内位错发生回复形成亚晶界;至变形末期,虽然位错回复过程没有停止,但位错滑移协调机制变得更重要了,研究指出,位错滑移是变形初期的主要变形机制。动态回复和位错滑移都是晶界滑动的协调机制。而且,螺型位错与空位交互作用形成不能滑动的卷位错提高了晶内畸变能,促进了动态再结晶。     

7475铝合金超塑变形中的显微结构变化

对质点强化型的高强度7475铝合金超塑变形中显微组织变化进行了研究。结果表明,在超塑变形中发生下面三个连续过程:(1)位错从晶界发出;(2)位错攀移越过晶内弥散分布的第二相质点;(3)位错消失于晶界。位错密度随应变的增加而增加。位错攀移越过弥散质点的过程是合金超塑变形的速控过程,超塑变形的主要机制是晶界滑移伴随晶内位错运动。     

二维大取向角对晶界湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对大角正方相晶界的位错结构,揭示在外应变下的位错运动和位错反应的微观机理。【方法】采用双模晶体相场(PFC)模型,模拟大角度取向角位错湮没过程。【结果】晶界上的位错是由4个位错组成1个位错对。晶界湮没有如下主要过程:开始时位错沿晶界攀移,随后晶界发生位错分解并发射,位错运动方式由攀移转为滑移;滑移位错与其他位错在晶内相遇发生湮没,其余晶界位错进行攀移,再次出现晶界位错分解发射位错,位错滑移穿过晶界内部,到达对面晶界处发生湮没。在这个过程中部分位错滑移与其他位错相遇会形成新的位错,同样继续进行攀移、分解、滑移进而湮没的运动。【结论】PFC模型能较好地用于研究大角度正方相的位错在施加应力作用下的运动。     

不同温度晶界位错湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对不同温度的晶界位错湮没过程进行研究。【方法】采用晶体相场模型模拟中等角度对称倾侧晶界结构在不同温度下的晶界位错演化湮没过程,从位错的运动形式和体系自由能的变化,分析晶界的消失过程和位错的相互作用。【结果】具有二维三角晶格原子点阵结构形成的对称倾侧晶界是由配对的位错对按直线规则排列构成,可以看成由2套位错Burgers矢量组成。晶界湮没主要有如下几方面的特征过程:首先晶界位错攀移,然后发生位错分解,晶界发射位错,位错由攀移运动转化为作滑移运动;接着滑移位错穿过晶粒内部,直到在对面晶界上湮没;剩余的晶界位错继续作攀移运动,然后又出现位错分解,晶界再次发射位错,使得位错转为作滑移运动,与其它作滑移运动的位错在晶内相遇湮没消失。【结论】在低温情况,位错是一对一对地按照一定的顺序发生湮没,而高温情况,位错湮没可以同时出现几对位错一起发生湮没。最后,所有晶界和位错全部消失。     

金属间化合物大晶粒超塑性

在所研究的Fe3Al，Fe3Si，FeAl，Ni3Al，NiAl和TiAl等金属间化合物中均发现大晶粒超塑性．金相分析表明，超塑性变形过程中晶粒明显细化；透射电子显微学(TEM)和位向成像显微学(OIM)分析表明，超塑性变形过程中大量亚晶形成亚晶网络，且随变形量增大，网络内小角度及大角度亚晶界密度不断增高，即发生连续动态回复与再结晶．高温塑性变形是通过位错的滑移和攀移进行的，而亚晶界的迁移、滑动和转动起到协调变形的作用，保持了材料在宏观上的超塑性．     

初始原子排列对亚晶界湮没影响的晶体相场模拟

【目的】研究初始原子对亚晶界湮没机制的影响。【方法】采用晶体相场模型模拟亚晶界结构在应力作用下的湮没过程,并从位错运动和能量变化角度对湮没过程进行分析,同时讨论初始原子在两晶粒交界处的对齐程度对其后亚晶界湮没的影响。【结果】研究表明,初始晶界原子排列错位1/4晶格常数时,首先位错在晶界处攀移,然后位错同时分离成两个,一个分离出的位错停留于原位,另一个则进入亚晶内部进行攀移和滑移直至相遇湮没,之后原来停留于原位的位错在攀移一段时间后也进入亚晶内部进行攀移和滑移,最终相遇湮没,形成单晶。而初始晶界原子排列错位1/2晶格常数时,湮没过程与初始晶界原子排列错位1/4晶格常数时的情况存在很大的差异。【结论】亚晶界湮没过程中,位错直接进入亚晶内部进行攀移和滑移,位错间发生复杂的相互作用,最终位错全部湮没,形成单晶。同时体系能量将随应力的增加而波动下降,形成4个明显的峰谷。     

Ti-55511合金高温蠕变行为TEM分析

文章结合Ti-55511钛合金的高温工作环境进行了4组蠕变实验：400℃200MPa、400℃300MPa、500℃200MPa以及500℃300MPa。蠕变后,使用透射电镜实验观察了蠕变后样品的微观组织。结果表明：高温高应力状态下,位错攀移在蠕变过程中占主导地位;在高温低应力或低温高应力状态下,合金蠕变过程主导机制为位错滑移;当温度较低,应力相对较低时,合金蠕变过程中主导机制为晶界扩散机制。     

超塑变形中的晶粒尺寸效应

分析了晶粒尺寸在各种机制中对总变形的影响;晶粒尺寸不同时材料变形的微观特征;晶粒尺寸对晶界滑移速率的影响。讨论了超塑变形中的区间转变;定量表达了晶粒尺寸和变形温度对区间转变应变速率的影响;进而提出临界晶粒尺寸及临界变形温度的新概念及表达式。并以Al-Zn-Mg合金对以上理论分析进行了验证。     

锌铝共析合金的超塑性变形组织特征

用电镜等手段对室温下超塑性变形中的Ｚｎ－２２％Ａｌ共析合金的组织变化进行了观察，发现在该合金的α相（富Ａｌ相）＋β相（富Ｚｎ相）２相组织中，在三叉晶界存在亚微观破坏区（破坏了晶粒间的连续性）和显微孔洞，在α，β晶界的某些区域存在条纹带，某些晶粒内部存在大量位错及其缠结．据此，证实该合金超塑性变形的主要机制是新晶粒挤入及晶界滑动．孔洞和位错运动松弛晶界活动引起的应力集中，能协调晶界滑动的连续进行．条纹带是晶界迁移的结果．     

Microscopic characterization of semi-solid aluminium alloys

The microstructural evolution and element distribution of the Al-4Cu-Mg alloy during semi-solid compression were investigated, and the precipitate behavior and dislocation morphology were discussed. The experimental results show that the microstructure, the number of CuAl₂ (θ phase) precipitates, and the dislocation density of the Al-4Cu-Mg alloy depend apparently on the process parameters. More segregation of Cu at the grain boundary happens with an increase of deformation temperature and a decrease of strain rate, leading to an increase in the number of θ phase. With an increase of height reduction, Cu segregation at the grain boundary decreases gradually. Moreover, unique dislocation morphologies including helical dislocations and dislocation loops appear at different process parameters and evolve to reduce the stored energy.     

电流对金属超塑性变形中晶内位错形态的影响

在7475铝合金超塑性变形过程中沿拉伸方向对试样通以脉冲电镜，对变形后试样的透射电镜观察发现晶内位错呈顺电子流动方向排列的形态，而且位错密度有增加的迹象，分析认为这种位错形态的产生源于由脉冲电流而引起的电子风对位错段产生的一个类似于外加应力的电子风力，此力促进了位错的运动。由于大部分位错被合金中的沉淀相粒子钉扎住，因此位错的自由端在电子风力的推动下绕沉淀相粒子转动，直至位错线与电流方向平行，另外电子风力也会促进被阻塞在沉淀相粒子处的位错团的移动，从而促进了晶内位错的增殖，提高了位错密度。     

高温预熔化晶界位错的结构组态转变的探究

晶体材料的性能受其内部晶界特性的影响。在高温下,晶体材料在晶界上易发生预熔化。本研究采用晶体相场(PFC)方法模拟高温二维六角晶体的晶界预熔化区在双轴加载作用下的结构演化情况。结果显示,晶界位错会发生配对,形成具有对称结构的位错团,一对位错上下排列,另一对位错左右排列,构成4个位错的组合。随着施加的应变增大,晶界位错预熔化区域横向扩展,其形状最初为棒状,逐渐转化为六边形,再转变成“V”形,最后又收缩为六边形。晶界预熔化区的形状变化伴随着内部位错结构的转变,从而发生位错芯扩展,原来上下配对的位错转变为并行排列的位错,左右排列的位错发生扩展滑移,并在左右两端萌生出一对新的位错。当预熔化区域扩展达到横向最宽时,该区域发射一对位错,随后预熔化区域开始收缩,最后又恢复到初始的形状。上述结果表明,位错结构的组态转变对晶体材料的高温变形机制能产生强烈的影响。     

双相不锈钢超塑性变形机理

从材料的晶体结构出发,研究了双相不锈钢超塑性变形的机理.利用背散射电子衍射花样分析系统(EBSD),获得了双相不锈钢变形过程中的ODF图、极图和取向与转轴分布等晶体取向分布规律.结合透射电镜对微观组织的观察结果进行了综合分析.研究表明,双相不锈钢超塑性变形的机理为形变诱导析出和动态再结晶、晶界滑移以及变形中的晶粒转动.     

超塑变形中的多机制效应

通过电镜观察发现:在超塑变形中由于微观组织的差异,不同晶粒的变形行为不同,因此产生了多机制效应。总应变速度为三种主要变形机制(扩散蠕变,晶界滑移和位错蠕变)产生的应变速率之和.在铝锌镁合金中测量了各机制对总变形的贡献,验证了多机制效应的存在.