面心纯铝轧制织构的晶体塑性有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入大型有限元程序ABAQUS,实现了晶体塑性学有限元模拟. 直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,预测了两种不同应变情况下面心1 050纯铝轧制织构的演化. 模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性,随着变形程度的增加,预测织构与实测织构变得更加锋锐. 经过比较,Taylor型模型预测出了{4 4 11}〈11 11 8〉的Dillamore取向,而有限单元模型预测出了铜型织构取向,比Taylor模型预测结果更接近实验验证结果. 两种模型并不能预测出{011}〈211〉黄铜取向、{123}〈523〉S取向、{011}〈100〉Goss取向及其他理想取向.     

7075-T6高强铝合金轴心受压构件局部稳定试验研究

为研究结构工程中高强铝合金轴心受力构件的局部稳定性能,对7个7075-T6铝合金H型截面短柱开展了轴心受压试验,测量了7075-T6铝合金的材料力学性能和试件的局部几何初始缺陷,分析了试件的破坏形态、局部屈曲承载力、极限承载力.试验结果表明,7075-T6铝合金材料平均名义屈服强度达到536 MPa;试件翼缘与腹板的平...     

基于位错密度的体心立方晶体塑性本构模型

晶体塑性理论是将晶体微观尺度的位错运动与宏观尺度的塑性形变相结合的重要理论,提供了在细观尺度内研究材料力学行为的有效方法。位错的密度变化对金属晶体的硬化行为有着重要的影响。该文在晶体塑性理论的基础上引入位错运动理论,建立基于位错密度的体心立方晶体(body center cubic,BCC)塑性本构模型,研究BCC的力学行为;并借助ABAQUS有限元软件,编写UMAT子程序,实现对BCC结构的铁单晶及多晶单轴拉伸试验的数值模拟。结果表明:该本构模型能有效地模拟铁单晶及多晶单轴拉伸的力学行为。     

Cr元素对冷轧TRIP钢的组织性能影响研究

以两种合金成分的相变诱导塑性钢为实验对象,先利用热模拟试验机确定其热轧及热处理参数后,经过热轧、冷轧工艺并连续退火,研究其力学性能。金相组织及宏观织构的特征。实验结果表明,Cr元素可以稳定低温奥氏体,降低贝氏体形成温度,使贝氏体的孕育期延长,增加最终组织中的贝氏体及残余奥氏体的体积分数;Cr元素的添加还增强了试验钢的力学性能,添加了Cr元素的2#钢强度和塑性均比没有添加的1#钢要高;两种成分的TRIP钢织构情况相似,主要组分包括：{332}纤维织构,{110}<001>组分和{112}<110>组分,可见Cr元素在提高钢板强度增加延伸率的同时,并没有损害钢板的成形性能。     

面心立方金属的基于位错密度的循环本构模型

在晶体塑性理论框架下,建立适用于面心立方金属多晶材料的基于位错密度的循环本构模型.在各向同性硬化律中总位错密度被离散为螺位错和刃位错两部分,考虑了位错增殖、湮灭和相互作用的演化机制,同时采用了修正的非线性随动硬化律,建立单晶的循环本构模型,通过显式尺度过渡准则,把该模型拓展到多晶尺度.应用该模型模拟了典型面心立方结构材料多晶铜的棘轮行为.数值模拟结果表明,该模型不仅可以从多晶尺度模拟材料的棘轮行为和循环硬化特征,还可以从单晶尺度预测不同晶向和不同应力水平下的棘轮行为.     

剪切挤压-轧制复合成形对6016铝合金织构及动态性能的影响

采用X射线衍射、分离式霍普金森压杆等研究剪切挤压-轧制工艺对6016铝合金织构和动态力学性能的影响.结果表明：常规轧制后6016板材具有较强的β取向线轧制织构,而剪切挤压-轧制成形的6016铝合金板材中形成了大量的剪切织构r-Cube{001}<110>及r-Copper{112}<011>,其相较于常规轧制织构有一定弱化.固溶后,2种工艺的板材中都以再结晶织构Cube{001}<100>为主,但剪切挤压-轧制工艺制备的板材中剪切织构的体积分数要比常规轧制板材高60%,这更有利于板材成形.在模拟烤漆工艺后的动态冲击过程中,2种板材均有明显的正应变速率强化效应,而剪切挤压-轧制工艺则能进一步提高6016铝合金板材的应变率敏感性和吸能效果.     

晶体塑性模型在体心立方金属板料成形极限计算中的应用

结合M-K理论,将率相关的晶体塑性模型用于具有初始织构的体心立方(BCC)多晶体金属板坯成形极限(FLD)计算.假设沟槽内外变形均匀,在沟槽边界处满足协调条件和应力平衡条件;在塑性变形中BCC晶体最多有24个滑移系开动,在晶体黏弹塑性模型中考虑潜在硬化效应,并分析了潜在硬化和板坯织构演化对成形极限应变的影响.结果表明,与不考虑潜在硬化相比,考虑潜在硬化时的成形极限明显较低,且发生缩颈的区域更集中.     

无取向硅钢冲裁过程中的组织和织构演变

无取向硅钢是电机铁芯所需要的重要软磁材料。目前，生产过程中主要借助冲裁工艺制备电机铁芯的叠片。冲裁工艺会使得无取向硅钢的切割边缘产生形变，从而导致其织构发生演变，进而影响叠片的磁性能。本文旨在研究无取向硅钢冲裁边缘的塑性形变机制，组织及织构演变机理。为了方便研究，本文首先借助钝化模具制备了在冲裁边缘具备较宽变形区域的圆形样品。随后，沿板材轧制方向和横向在圆形样品的冲裁边缘分别选取了一个观测点，并借助电子背散射技术（EBSD）分析了两个观测点的形变机制，组织和织构演变。研究表明两个观测点的形变机制和组织演变相似。由于形变机制相同，样品冲裁边缘两个观测点的织构演变规律也相似。钝化模具使得样品冲裁边缘明显的分为无弯曲，连续弯曲和整体弯曲三个区域。无弯曲和连续弯曲区域的主要形变机制是位错滑移，这一机制促进了{221}纤维织构的形成。整体弯曲区域主要处于冲裁边缘的端部，该区域的形变机制包括位错滑移和微观剪切带的形成，其中微观剪切带的形成导致该区域的织构由原始{111}纤维织构发生向{110}纤维织构的转变。     

单级时效处理对6082铝合金型材微观组织的影响

为优化时效处理参数,探索时效处理对材料的强韧化影响机制,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)研究了单级时效处理对6082铝合金挤压型材微观组织演变的影响.结果表明:时效处理可以使6082铝合金棒材挤压成型材的过程中储存的残余应力得到有效去除,晶粒出现细微长大现象,平均尺寸由7.02μm增长为9.80μm;平均晶界角度降低,从25.51°降到16.06°,低角度晶界比例显著提高,从47.91%提高至67.47%;时效处理可以使晶粒{100}和{110}方向的晶粒分布发生明显的变化,明显增强了试样在{100}和{110}方向的织构.这些转变有利于6082铝合金挤压型材综合性能的提高.     

Ti--26Nb--4Zr 合金冷轧板材的织构和力学性能

采用 X 射线衍射和室温拉伸方法研究了冷轧变形和固溶处理对 Ti-26Nb-4Zr 合金板材的织构和力学性能的影响.研究发现,50%冷轧时形成了{001}＜uvw＞织构,随着冷变形量的增加,逐渐形成了{121}＜111＞和{001}＜110＞混合织构,＜110＞方向由与轧制方向垂直转到与轧制方向平行.800℃固溶处理后,随着变形量的增加,{111}＜110＞再结晶织构形成并逐渐增强,但＜110＞方向始终保持与轧制方向平行.由于加工硬化及晶粒细化的作用,导致随着变形量增加,冷轧板材的强度逐渐提高,塑性降低.固溶处理后,由于发生再结晶,使得板材的塑性相比冷轧态明显提高.     

Ta-7.5％W在退火过程中的组织和织构演变

通过金相组织观察、透射电子显微镜(TEM)及显微硬度测试,研究冷轧变形量为95％的Ta-7.5％W合金箔材在1 050,1 200和1 360℃退火时的组织和性能变化,并采用取向密度函数(ODF)分析在此过程中其织构演变规律.对其实验结果进行研究发现:冷轧态Ta-7.5％W合金硬度为HV 300,经1 360℃退火后硬度迅速减小,说明此时合金已发生回复再结晶.轧制后的Ta-7.5％W合金箔材具有各向异性,在轧面∥{111}取向上形成位错胞亚结构,在轧面∥{100}取向上形成了形变带,冷轧态的主要织构为{001}〈110〉,{112} 〈110〉和{110}〈110〉织构;在1 200℃退火时,在轧面∥{111}取向上,再结晶通过亚晶界迁移、亚晶长大形核,而在轧面∥{100}取向上,主要是通过亚晶转动、聚合形核;{001}〈110〉织构增强,{112}〈110〉织构减弱;在1 360℃退火时,{001}〈110〉织构急剧减弱,{111}〈112〉织构增强.     

IF钢生产过程中的织构演变

对IF钢生产过程中热轧、冷轧及退火试样的织构演变进行研究.分别借助EBSD和XRD测定和计算了热轧、退火及冷轧试样的取向分布函数及相关织构组分的体积分数.结果发现,热轧板在变形过程中发生了动态再结晶,晶粒为细小的等轴晶,为后续组织发展提供了基础;热轧后试样中的织构很弱,不会影响冷轧织构组分及含量.冷轧过程是织构形成的主要过程,试样中含有4种主要的织构组分:{001}〈110〉、{111｝〈110〉、{111}〈112〉和{112}〈110〉.退火过程中发生再结晶,4种冷轧织构组分在退火过程中均分别转变为{111｝面织构.     

430不锈钢冷轧板高温退火过程中再结晶织构的定量分析

在750、800、825和850℃温度下,利用Gleeble1500热模拟试验机对430不锈钢冷轧薄板的等温退火过程进行了详细的实验研究,分析了退火过程中再结晶织构和组织的变化规律,并对关键织构体积分数的演变进行了定量分析.结果发现:随着退火过程的进行,α取向线上的织构强度逐渐减弱,而γ取向线上的织构强度则略有加强,并保持在较高的值;再结晶过程中,{111}和{112}<110>织构的体积分数逐渐降低,而{100}和随机取向晶粒的体积分数逐渐增加.定量分析表明,退火温度越低,完全再结晶后材料内部关键织构的体积分数越偏离冷轧态.最后,针对{111}、{112}?110>、{100}和随机取向织构的体积分数在再结晶过程中的演变规律,建立了JMAK型再结晶织构演变动力学模型.     

FCC金属滑移形变冷轧织构模拟

采用Taylor 模型和 Van Houtte 算法模拟了 FCC 金属冷轧织构。模拟中以{111}<110>滑移为微观形变机制,并采用等面积分割形式表示理想无规初始条件。模拟结果与铜和铝的实测冷轧织构符合良好。     

不同轧制方式对铌箔微观组织和织构的影响

采用取向分布函数(ODF),并通过光学金相(OM)显微组织观察,研究分析经4种不同轧制方式变形及其在1 050℃退火1h过程中微观组织和织构的演变.研究结果表明:对于顺轧变形方式的铌箔,经1 050℃退火1h后较其他3种轧制方式晶粒细小均匀,晶粒的平均尺寸约为40μm;交叉轧制变形方式能形成较强的{001}＜110＞形变织构,并且经退火后能强化{111}＜uvw＞再结晶织构,有利于提高铌材的深冲性能,同时减少{001}＜100＞立方织构,而其他3种轧制方式对{001}＜l00＞织构具有强化作用;4种不同轧制方式变形不能强化{111}＜110＞形变织构.     

国产结构用铝合金断裂韧性参数校准

为了将空穴增长模型(VGM)和应力修正临界应变模型(SMCS)应用于国产结构用铝合金的韧性断裂预测,完成了国产6061-T6、6082-T6和7020-T6 3种牌号的铝合金标准圆棒试件和缺口圆棒试件的单轴拉伸试验,并结合有限元分析,校准了3种牌号铝合金的VGM和SMCS模型断裂韧性参数.研究结果表明:槽口半径大小对各牌号铝合金试件的断裂韧性参数校准值影响较小,离散系数均在20%以内;断裂韧性参数是铝合金材料固有属性,可用于国产结构用铝合金在不同应力状态下的韧性断裂预测;与SMCS模型相比,VGM模型能够更为精确地预测铝合金材料的韧性断裂.     

5A02铝合金板料深冲有限元模拟与实验研究

对5A02铝合金板料深冲过程进行了实验研究,并在率相关晶体塑性本构理论框架下,实现了5A02铝合金板料深冲过程的晶体塑性有限元模拟.研究了深冲过程中的制耳和板厚的分布情况,分析预测了极限拉深系数值;结果表明,晶体塑性有限元法模拟的制耳轮廓的高度和极限拉深系数值与实测值比较吻合,板料的厚度变化与实际情况一致.     

半工艺无取向硅钢加临界变形的织构演变

测定了半工艺无取向电工钢热轧(终轧温度在Ar1以下)到成品各工序的织构,以取向分布函数(ODF)的形式对加临界变形的半工艺无取向硅钢的织构演变作了分析.发现其热轧板表层织构基本是典型的铁素体再结晶{111}组分,心部和1/4厚度处以铁素体剪切织构和轧制变形织构为主.冷轧变形后,心部和表层织构组分比较接近,{111}、{112}和{100}面织构都增加,但{111}组分增加最明显.软化退火后,{001}<110>与{112}<110>组分迅速降低,织构组分以γ纤维织构为主.通过增加临界变形,在最终去应力退火后,{111}不利面织构大量减少,高斯组分增加明显.Taylor因子可以表征不同取向晶粒对变形能的储存能力,从轧制变形时Taylor因子的分布可以解释该实验结果.     

基于晶体塑性模型的板料成形极限预测

用晶体塑性模型及M-K理论对具有初始织构的金属板坯的成形极限(FLD)进行分析,研究了初始缺陷、材料参数及初始织构对成形极限应变的影响.结果表明,晶体塑性理论能较好地预测金属板坯的成形极限曲线,同时通过初始织构及其演化的模拟能成功地分析材料各向异性对FLD的影响.     

CVD金刚石薄膜的织构与显微组织研究

对直流电弧等离子喷射化学气相沉积法(CVD)制备的自支撑金刚石薄膜,用X射线衍射测量了薄膜织构,并用扫描电镜观察了薄膜显微组织。发现金刚石薄膜的织构为{110}、{111}、{112}和{221}等纤维织构。实验结果表明,金刚石薄膜比较致密并且晶形比较完整,不同生长因子对应不同立方体-八面体几何形状。分析和讨论了金刚石薄膜的制备工艺参数如衬底温度和甲烷浓度对其织构和显微组织产生的影响。