AZ31镁合金轧制板材各向异性行为的晶体塑性研究

室温下,镁合金的主要变形机制是滑移和孪生相互竞争。为了从介观尺度准确描述这种变形机制,晶体塑性本构关系需要考虑滑移和孪生的耦合作用。基于滑移-孪生耦合的晶体塑性本构关系,本文采用代表体积单元法建立了多晶模型,并对AZ31镁合金沿RD和TD方向进行拉伸模拟分析。结果表明:沿RD方向的变形机制为基面滑移、柱面滑移、锥面滑移,沿TD方向为柱面滑移和锥面滑移。沿不同方向基面滑移对变形的贡献不同,造成AZ31镁合金轧制薄板沿RD方向的屈服强度小于TD方向,表现出强烈的力学性能各向异性。     

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.     

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。     

退火纯钛板压缩力学性能的各向异性

沿退火纯钛板材轧向(RD 0°)、横向(RD 90°)以及轧制平面内与轧向成45°(RD 45°)等3个方向取圆柱形试样,采用Instron电子拉伸机和分离式Hopkinson压杆,进行准静态和动态压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线,计算3个方向的应变率强化效应.研究结果表明:退火纯钛板准静态和动态压缩力学性能均表现出明显的各向异性,其中RD 90°方向屈服强度最大,RD 45°方向次之,RD0°方向屈服强度最小;在较小的应变程度下流变应力也具有同样的规律.不同方向上的应变率强化效应也存在显著差异:RD0°方向最强,RD 45°方向次之,RD 90°方向最弱;基于纯钛{0001}〈11(2)0〉基面和{10(1)0} <1(2)10〉棱柱面滑移微观塑性变形机制,结合晶体塑性变形理论,考虑多晶板材晶体取向分布,定性解释了退火纯钛板压缩力学性能各向异性.     

AZ31镁合金轧制板材各向异性力学性能研究

在几种厚度的AZ31镁合金轧制板材上沿不同方向取样进行常温单向拉伸和压缩实验,研究了AZ31镁合金轧制板材的各向异性力学性能。基于晶体塑性理论,探讨了织构对金属板材宏观各向异性的影响。分析表明,轧制镁合金板材具有明显的各向异性力学性能及拉压不对称性。在轧制(RD)方向的抗压及抗拉屈服强度明显小于横向(TD),各个方向的抗拉屈服强度明显大于抗压屈服强度。不同轧制工艺对板材的力学性能影响较显著,主要表现在屈服应力不同和延伸率不同。基于实验结果与晶体塑性理论,本文从多角度分析了轧制工艺对AZ31镁合金各向异性力学性能及拉压不对称性行为的影响。     

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。     

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.     

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.     

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.     

稀土Er对ZK60镁合金变形行为的影响

采用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了稀土元素Er对ZK60镁合金的热压缩变形行为的影响。通过引入Zener-Hollomon参数和双曲正弦函数构建了ZK60和ZK60-1.0Er镁合金的本构方程,同时采用应变硬化率θ-流变应力σ关系曲线确定动态再结晶发生的临界应力σc值。结果表明:ZK60和ZK60-1.0Er两种镁合金在热压缩变形过程中,随着变形温度T的升高,压缩流变应力σ值均减小;随着应变速率ε?的增加,流变应力σ值均增加。添加稀土元素Er使得ZK60镁合金热压缩变形流变应力σ值和应力指数n值增加,在变形温度为160~320℃时提高了发生动态再结晶的临界应力σc值,稀土相的存在促进了再结晶晶粒的形核,降低了平均变形激活能Qˉ值。     

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.     

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.     

加工工艺对AZ61镁合金力学和阻尼性能的影响

采用金相分析、拉伸实验、动态机械热分析等方法,研究了均匀化和未均匀化的AZ61镁合金在一次挤压态、二次挤压态及锻造态下的显微组织、力学性能和阻尼性能.结果表明:AZ61镁合金经3种塑性加工工艺后不同变形态之间的力学性能差别不大,但阻尼性能发生了显著变化;当应变振幅为5×10-3时,锻造态AZ61镁合金的阻尼性能相对于二次挤压态提高了5倍多.加工工艺对AZ61镁合金阻尼性能的影响规律可由Granato-Lucke理论得到很好的解释.     

稀土元素Y对变形镁合金ZK60的组织和性能的影响

通过对Mg-6.0Zn-1.2Y、Mg-6.0Zn-0.6Zr-1.0Y变形镁合金挤压态及经过各种热处理的试样的显微纽织分析及力学性能研究,探讨了微量稀土元素Y在ZK60合金中的存在形式和作用机理对该合金组织与力学性能的影响.结果表明,稀土元素Y能使变形镁合金ZK60晶粒明显得到细化,晶界也变细;当添加的稀土Y含量为1.0%wt时,大量的Y和Zn在晶界富集,Y-Zn相颗粒变大,导致其强度下降,而延伸率增加.     

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.     

电脉冲对冷轧ZK60镁合金组织及性能的影响

研究了电脉冲处理对冷轧ZK60镁合金组织和性能的影响。研究发现,电脉冲处理能提高位错移动能力,促进再结晶过程的进行,实现细晶强化。晶粒平均尺寸从均匀化处理后的110μm降至13μm左右,抗拉强度从182MPa提高至265MPa,延伸率从7.6%提高到18.1%。较高的变形量和适宜的电脉冲参数有利于再结晶过程;不同类型的孪晶在电脉冲处理过程中表现不同,拉伸孪晶被保留下来,而压缩孪晶易于再结晶。     

690合金高温连续变形动态再结晶行为

应用液压机对690合金圆锥试样在3种不同温度下(1100、1140和1180℃)进行连续压缩变形实验,利用光学显微镜和背散射衍射技术研究690合金在热加工过程的动态再结晶行为.研究发现:在连续热压缩变形过程中动态再结晶以三叉晶界形核—原始晶界形核—孪晶形核(孪晶界和孪晶碎化)—晶内形核的顺序发展,而孪晶促进了690合金的再结晶过程.     

轧制工艺对Mg-Sn-Gd镁合金微观组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电子万能试验机研究了不同轧制工艺对Mg-3.2Sn-0.23Gd(质量分数,％)镁合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,不同道次变形量(分别为60％和30％)对镁合金的微观组织与力学性能有较大影响:60％道次变形量时轧制态组织中存在剪切带和孪晶,退火后为明显混晶组织,第二...