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.     

ZK60镁合金的室温静液挤压强化

对室温静液挤压ZK60变形镁合金的组织、力学性能进行研究。研究结果表明：室温静液挤压后镁合金的表面质量良好：由于加工硬化的作用,镁合金抗拉强度、屈服强度和硬度分别提高20％,60％和54％;变形过程发生了孪生动态再结晶,孪晶和二次孪晶的产生可以阻碍裂纹扩展,镁在基面滑移与孪生的交互作用下形成微晶和孪晶位错;室温静液挤压的镁合金具有良好的金属流动性,应力分布状况亦有利于变形：采用室温静液挤压,可实现镁合金室温下大变形量的形变,是强化镁合金的有效途径之一。     

拉伸轴与孪晶界角度对纳米孪晶材料变形行为的影响

基于纳米孪晶材料独特的微结构及其内部变形机制,建立了相交于孪晶界剪切变形和平行于孪晶界剪切变形的几何模型,采用有限元模拟的方法分析拉伸轴与孪晶界角度对纳米孪晶材料变形行为的影响。等效塑性应变演化过程表明:即使是相邻的晶粒,它们的应变分布也有很大不同,这都是因为拉伸轴与孪晶界角度的影响。通过合理调整角度,可以有效地延迟剪切带的出现。但是随着孪晶片层厚度的减小,角度的影响越来越薄弱。     

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.     

挤压态AZ31镁合金高周疲劳行为

为探讨镁合金拉/压强度不对称对疲劳性能的影响,对AZ31镁合金进行了室温应力控制疲劳实验,研究应变幅、峰值应变、循环能量参数随周次的演化,并采用光学显微镜观察表面形貌.结果表明:疲劳初期AZ31镁合金滞后环呈现不对称,200周次后不对称消失;峰值压缩应变随周次增加而变小,在约200周次时转变为拉伸应变;裂纹在材料表面孪晶带处形核,并沿孪晶面扩展.由于AZ31镁合金独特的织构与晶格特点,疲劳过程中交替出现的孪生与去孪生导致了滞后环的不对称,孪晶在裂纹形核及扩展中具有重要作用.     

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.     

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.     

薄带连铸取向硅钢的热轧孪生行为

薄带连铸流程下取向硅钢粗大λ晶粒(〈100〉//ND,normal direction)的“遗传”会导致磁性能恶化.为解决这一问题,针对取向硅钢的热轧孪生行为开展研究,结果表明:凝固组织粗大的取向硅钢在650℃热轧时可产生大量112〈111〉形变孪晶,这与具有高层错能的硅钢在较高温度下难以孪生变形的传统认知不同.热轧过程中复杂的应力状态降低了变形孪晶的取向依赖性,由于具有更高的储存能,孪晶界/孪晶界及孪晶界/晶界交叉点成为再结晶形核的优先位置,大大提高了常化过程中的再结晶率,受沿孪晶界应变分布及孪晶间距离的限制,沿孪晶界形核的再结晶晶粒通常呈“饼状”,最终形成以细小且取向漫散的再结晶晶粒为主的常化组织,消除了初始凝固组织中有害的粗大λ晶粒.     

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.     

变形条件对AZ31镁合金冷压缩过程中孪生的影响

在新三思拉伸试验机CMT-5150上对均匀态AZ31镁合金进行室温压缩试验,研究了在变形量分别为5%、7.5%、10%、12.5%、15%以及变形速率分别为0.5、1、2、4mm/min时压缩变形组织中孪晶的形态与分布。结果表明:在压缩变形初期,只有少量晶粒内出现孪晶,孪晶较宽;而在压缩变形末期,孪晶几乎分布于所有晶粒中,且出现了细而长的孪晶。孪晶分数随变形程度的增大而上升。随着变形速率的增大,孪晶形态变细,且其密度增大,试样的屈服强度和抗压强度都升高。     

Fe－20Mn－0．6C 高锰 TRIP/TWIP 钢微观组织表征

设计出一种 Fe－Mn－C 系 TRIP/TWIP 钢,通过静态拉伸测试热轧钢力学性能,并利用 EBSD、XRD、SEM 分析其拉伸变形后的微观组织变化．结果表明：Fe－20Mn－0．6C 钢板热轧后表现出优异的力学性能,真应变可达到0．59,抗拉强度为1631 MPa．热轧后组织为全奥氏体组织,晶粒尺寸较大并且伴有大量的退火孪晶,变形后出现孪生变形和马氏体相变;变形量较小时,马氏体相变并不明显,较大变形量时大量的马氏体在孪晶界和晶界附近弥散分布;并且随着应变量增大晶粒内出现二次孪生,并与一次孪生呈现多种交割方式．     

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.     

轴向预应力对挤压AZ31镁合金自由端扭转力学性能的影响

大塑性变形通常发生在工业实际成形过程中。与单轴拉伸/压缩相比,扭转是研究大变形下力学行为的一种更有效的方法。然而,镁合金大应变扭转的力学响应对初始织构和孪晶很敏感。本文对挤压AZ31合金进行了拉伸和压缩实验,并采用保载和卸载两种方式获取轴向预应力,以引入位错和孪晶。随后,进行了扭转实验以明确孪晶和位错对后续变形响应的影响。在粘塑性自洽（VPSC）模型的基础上探讨了相应的显微组织和变形机制。模拟了实验观察的应力应变响应和极图。研究发现,孪晶对塑性变形的贡献较小,导致在纯扭转和预拉伸后扭转下,织构方向的变化很小。滑移/孪晶系统的活动和力学性能受到不同初始织构和滑移系启动条件的影响。此外,拉伸-扭转应力状态有利于减少织构强度。     

高应变率加载下AZ31镁合金板材变形局域化各向异性

采用分离式Hopkinson压杆测试了AZ31镁合金板材的动态学性.使用金相显微镜观察微观组织特征.压缩方向与板面法向近似成0°,加载应变率为1200s-1时,变形局域化区域由孪晶组成 应变率为2800s-1时,由相互交叉成一定角度的孪晶带组成.压缩方向与板材法向成90°,加载应变率为1200s-1时,变形局域化区域由相互交叉成一定角度的孪晶组成 加载应变率为2800s-1时,由动态再结晶的小晶粒组成.压缩方向与板面法向成45°时,没有观察到类似的变形局域化.变形局域化降低了AZ31B镁合金的塑性,导致板材塑性各向异性.     

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.     

AZ31镁合金热轧开坯变形行为的有限元模拟

采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对半连续铸造AZ31镁合金热轧开坯过程第一道次进行模拟,分析变形区内轧件的应力场、应变场的分布及整个热轧过程中的温度场的变化规律.实验结果表明:在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值54.1 MPa,随后又逐渐减小;靠近轧件表层σ_x为压应力,靠近心部为拉应力,在变形区σ_y主要为压应力,由表面到中心σ_y逐渐减小;等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值0.253;在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化剧烈,轧制完成后,表面温度从500℃降低到467℃,中部温度从500℃升高到503.1℃,心部温度从500℃升高到502.2℃.     

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。     

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。     

异速比对镁合金板材轧制成形的影响分析

基于Deform-3D软件对AZ31镁合金同径同速轧制和异速比为1.1、1.2、1.5、1.7的轧制过程进行模拟,并对板材等效应力、等效应变、轧制力和边部破坏情况进行对比分析。结果表明:异步轧制中由于"搓轧"变形的影响,形成的附加剪切应力大大削弱了外摩擦对变形的阻碍作用。随着异速比的增大,最大等效应力和轧制力显著降低,等效应变增大,有助于降低对轧辊强度的要求及能量消耗,同时可以轧制更薄的产品。然而,随着异速比的增大,板材边部破坏严重。因此,在镁合金板材轧制中,最佳异速比一般不大于1.4.     

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.