高压扭转大塑性变形Al-Mg铝合金中的层错和形变孪晶

利用高分辨透射电镜研究高压扭转大塑性变形纳米结构Al-Mg铝合金中的位错、层错和形变孪晶。结果表明:在纳米晶和超细晶内均存在高密度的层错和形变孪晶;形成层错的Shockley部分位错可分别由0°纯螺型位错和60°混合位错分解得到;纳米孪晶既可由晶内层错动态叠加而形成,也可由晶界向晶内不断发射部分位错而向晶内长大,从而分别实验证实了分子动力学模拟预测的均质和非均质形核长大的孪生机制;观察到了由4层层错动态叠加而形成的特殊纳米孪晶。此外,高分辨透射电镜观察表明:在不同滑移面上的层错相交时,形成层错而产生的拖曳部分位错相遇可反应生成压杆位错和Lomer-Cottrell位错锁。依据经典位错理论和晶界发射部分位错的机制,提出了描述超细晶面心立方金属和合金中层错和形变孪晶形核长大的新模型。     

剧烈塑性变形对块体纳米金属材料结构和力学性能的影响

综述了剧烈塑性变形引起的块体纳米金属材料的结构和力学性能演变.以电化学沉积法制备的fcc结构纳米晶Ni-20%Fe(质量分数)合金为研究对象,通过对其进行不同应变量的高压扭转实验,系统分析了变形引起的结构和力学性能演变.结构表征结果表明:(1)变形引发纳米晶Ni-Fe合金晶粒旋转,实现晶粒长大.同时,晶粒长大过程伴随着位错密度、孪晶密度的演变;(2)存在一个最有利于变形孪晶生成的晶粒尺寸范围(45~100 nm),在这个晶粒尺寸范围之外,去孪晶起主导作用使原有的生长孪晶或变形孪晶消失;(3)位错密度是影响位错与孪晶反应的新的影响因素.当发生孪晶的晶粒内位错密度低时,位错可完全穿过孪晶界,部分穿过孪晶界,或被孪晶界吸收;发生孪晶的晶粒内位错密度高时,大量位错缠绕并堆积在孪晶界附近,形成应力集中,破坏孪晶界原有的共格性.为释放局部应力,将从孪晶界的另一侧发射不全位错形成层错和二次孪晶;(4)在塑性变形导致的晶粒长大过程中,原先偏聚于消失了的晶界上的C和S沿残留晶界扩散并继续偏聚于晶界上.结构与力学性能关系结果表明:随着应变量的增加,应变强化、应变软化交替出现.位错密度对硬度的演变起主导作用,其它结构演变(如孪晶密度的变化和晶粒尺寸变化)对硬度的演变起次要作用.     

机械合金化法制备Cu-Nb合金过程中的形变孪生特性

采用机械合金化法制备纳米Cu-10%Nb合金,通过显微硬度测量以及高分辨透射电镜观察,对该合金粉末在室温球磨过程中的微观结构演变和形变孪生特性进行研究;利用局部应力集中模型分析形变孪晶的形核机制。结果表明:随着球磨时间的增加,该合金硬度(HV)不断升高,球磨120 h后可达4.8 GPa;该合金在球磨初期以位错胞结构为主;球磨50 h后,Cu平均晶粒尺寸减小至约50 nm,部分区域出现纳米形变孪晶;继续增加球磨时间,孪晶数量增加,孪晶界强化效果显著;由于孪生将促进纳米晶粒的进一步细化,球磨120 h后,纳米晶尺寸减小到20 nm以下。     

高压扭转纯铝的微观组织及晶界结构

室温下对纯铝高压扭转10圈,通过电子背散射衍射分析技术(EBSD)研究了高压扭转纯铝的微观组织及晶界结构。结果表明:变形后纯铝的晶粒尺寸细化至250～1200 nm之间,尺寸200～700 nm区间的晶粒最多,占统计晶粒数的76%,平均晶粒尺寸为530 nm,为典型的超细晶组织。经过仔细观察,在极个别细小的超细晶组织周围发现了晶粒尺寸大于1000 nm的粗大晶粒,但就整体而言,变形后纯铝的晶粒分布较为均匀。纯铝高压扭转后大角度晶界占所有晶界的81%,小角度晶界占19%,大角度晶界数量明显高于小角度晶界,这表明变形过程中发生了动态再结晶。纯铝变形后低重位点阵晶界占29. 14%,其中∑3晶界占7. 2%,以非共格孪晶界为主。     

机械研磨诱导316L不锈钢表层组织的演变

选取具有中等层错能的316L不锈钢进行表面机械研磨处理(SMAT)，制备出纳米结构表层，用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究横截面组织的演变过程．晶粒细化机理如下：奥氏体粗晶内部通过位错湮灭和重组形成位错胞；应变量和应变速率的增加诱发了机械孪生，形成了片层状孪晶；孪晶内部通过位错的运动使显微组织逐渐由片层状向等轴状转变，且晶粒尺寸逐渐减小、取向差逐渐增大；最终形成等轴状、取向呈随机分布的纳米晶组织．同时，对层错能对微观变形方式和纳米化行为的影响进行了讨论。     

搅拌摩擦加工超细晶及纳米结构Cu-Al合金的微观组织和力学性能研究

通过强制冷却的搅拌摩擦加工(FSP)技术在Cu-Al合金中得到了超细晶和纳米结构的微观组织,利用电子背散射衍射、透射电子显微镜等技术研究了层错能对FSP Cu-Al合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,FSP Cu-Al合金为均匀、等轴的再结晶组织,随着层错能的减小,晶粒尺寸不断降低,而且在低层错能的FSP Cu-Al合金中,超细晶粒内部生成了丰富的纳米孪晶片层组织,进一步细化了微观组织.由于微观组织的逐步细化,FSP Cu-Al合金的强度随层错能的降低逐步提高,而均匀延伸率呈现出先增加后减小的趋势.     

高锰钢加工硬化

利用传统的喷丸技术对高锰钢表面喷丸处理,研究材料表层的组织结构特征.结果表明,纳米晶的演化,通过奥氏体粗晶内部位错增殖、湮灭和重组、位错缠结逐渐向位错胞过渡;应变量和应变速率的增加,诱发机械孪生,单系孪晶逐渐向多系孪晶过渡;同时多系孪晶之间的交割作用使晶粒尺寸不断细化;晶粒在位错运动和机械孪生的重复作用下,最终形成等轴状、取向呈随机分布的纳米晶组织.喷丸处理高锰钢表层明显强化.随层深减小,硬度急剧增加.高锰钢表层的加工硬化主要是由于晶粒细化、位错硬化和孪晶硬化,而与相变硬化无关.     

纯Ti纳米结构表层的探讨

利用表面机械处理技术在纯钛表面制备出50μm厚纳米表面层，采用金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)研究了处理层的微观结构。随着应变增加，晶粒逐渐细化。晶粒的细化机制为：孪晶的形成和孪晶碰撞；孪晶转变成取向不同的片状晶；片状晶转变成含有位错的胞状晶、取向不同的小角度块状晶以及取向不同的多边形亚细晶；亚细晶和片状晶转变成纳米晶。微观结构观察证实了动态再结晶促使晶粒细化。     

纯W高压扭转显微组织演化过程TEM分析

在相对较低温度下完成了纯W不同扭转圈数高压扭转实验,通过EBSD、TEM及HRTEM观察了纯W高压扭转过程中的显微组织形貌及微观结构。结果表明,随着等效应变增大,纯W材料显著细化,位错密度增加,非平衡晶界增多。高压扭转过程中小角度晶界向大角度晶界转化现象明显,且位错结构逐渐转移至晶界,细小晶粒内部无明显缺陷。当等效应变增大至5.5时,由于部分晶粒尺寸与位错平均自由程相近,晶粒变形方式由晶内滑移向晶界滑移转变。     

晶粒尺寸和孪晶界间距对纳米多晶铝合金塑性变形影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,分别研究了晶粒尺寸和孪晶密度对纳米多晶铝合金塑性变形的影响。模拟结果表明,弛豫后的位错密度对纳米多晶Al的微观结构演变和逆Hall-Petch关系产生了重要影响。变形受晶粒大小限制,在细晶中可形成层错四面体和复杂层错结构,从而激活了晶界的辅助变形。当孪晶界间距（TBS）较大时,Shockley分位错在晶界处形核并增殖。然而,随着TBS的减小,孪晶界成为Shockley分位错的来源。孪晶界上大量的分位错形核会导致孪晶界迁移甚至消失。在塑性变形过程中还观察到形变纳米孪晶。研究结果为开发具有可调节力学性能的先进纳米多晶Al提供了理论基础。     

快速凝固AZ91D镁合金的相结构及位错

采用TEM和XRD分析技术研究了快速凝固AZ91D镁合金的相结构及位错。实验发现，在急冷快速凝固条件下，AZ91D镁合金惯常发生的L→α-Mg Mg17Al12共晶反应在很大程度上被抑制，形成了以过饱和的α-Mg为主相的快速凝固组织。凝固组织由尺寸为0．8gm～6gm的α-Mg晶粒、离散分布于晶内和晶界上的尺度在5nm-70nm之间的少量的椭球形Mg17Al12和极少量的多角形Al8Mn5颗粒、以及弥散分布于晶内的非常细小的不规则形态β-AlMg相组成。β-AlMg相为从α-Mg晶内过饱和析出的、逐步向Mg17Al12相过渡的亚稳定组态。在a-Mg晶粒内存在着大量的位错缠结和位错胞，位错胞尺寸在0．2μm～0．74μm之间；高密度位错主要存在于在α-Mg的(002)密排晶面上，且呈现出明显的方向性。     

Microstructure evolution in a large—grained TiAl alloy

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｃｏｖｅｒｙａｎｄｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ[1,2 ] ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙＬｉｎａｎｄｃｏｗｏｒｋｅｒｓｆｏｒｔｈｅｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｉｎｌａｒｇｅ ｇｒａｉｎｅ     

基于分子动力学的3D打印TiAl纳米多晶合金变形机制及其温度相关性分析

借助透射电镜观察和分子动力学计算,对3D打印Ti-6Al-4V合金的变形行为及其温度相关性进行了系统研究。结果表明,温度在TiAl纳米多晶体变形机制的竞争中起关键作用。当温度低于800 K,平均晶粒尺寸低于8.3 nm的单相TiAl纳米多晶合金首先出现位错运动,且层错保留在晶粒中并形成交错结构。同时,大尺寸晶粒(≥8.3 nm)为位错运动提供了足够的空间,很少在晶粒中形成层错。在双相TiAl+Ti₃Al纳米多晶合金中,层错的交割是低应变(ε<18.0%)TiAl晶粒的主要变形机制,并且Ti₃Al晶粒保持其初始结构。当ε≥18.0%时,Ti₃Al晶粒中的位错开始运动并形成层错交割。当温度高于800 K时,Ti和Al原子处于高能状态,主要的变形机制与具有非晶结构的滑移边界有关。非晶滑移边界及再结晶结构是双相TiAl+Ti₃Al纳米多晶合金组织变形的最重要特征。     

大塑性变形6013铝合金的时效特性与力学性能

利用X射线衍射分析（XRD）、差示扫描量热法（DSC）和拉伸试验,研究不同温度等通道转角挤压（ECAP）和常规静态时效处理后6013 Al-Mg-Si铝合金的微观结构、时效行为、析出动力学以及力学性能。XRD测得的ECAP变形后合金的平均晶粒尺寸在66-112 nm范围内,平均位错密度在1.20×10^14-1.70×10^14 m^-2范围内。DSC分析表明,由于ECAP后试样比常规时效处理试样拥有更细小的晶粒和更高的位错密度,因此,ECAP变形后合金的析出动力学更快。与未变形合金相比,ECAP后试样的屈服强度和抗拉强度都得到了显著提高。室温ECAP后试样的强度达到最大,其屈服强度是静态峰时效屈服强度的1.6倍。细晶强化、位错强化以及由于ECAP过程中的动态析出而产生的析出相强化,是ECAP合金获得高强度的几种主要强化机制。     

In situ TEM observations of reverse dislocation motion upon unloading in tensile-deformed UFG aluminium

Loading–unloading cycles have been performed on ultrafine-grained (UFG) aluminium inside a transmission electron microscope (TEM). The interaction of dislocations with grain boundaries, which is supposed to be at the origin of the inelastic behaviour of this class of materials, differs according to the main character of the dislocation segments involved in pile-ups. Pile-ups are formed by spiral sources and lead to the incorporation of dislocations into grain boundaries (GBs) during loading. Upon unloading, partial re-emission of dislocations from GBs can be observed. Stress and strain measurements performed during these in situ TEM loading–unloading experiments are in agreement with the rather large inelastic reverse strains observed during unloading in loading–unloading tests on bulk macroscopic UFG aluminium specimens.     

Transmission electron microscopy study of stacking faults and their interaction with pyramidal dislocations in deformed Mg

We present transmission electron microscopy (TEM) observations of stacking faults (SFs) and their interactions with pyramidal dislocations, in plastically deformed polycrystalline pure magnesium. We have observed well-defined fringes as well as streaking in diffraction patterns, typical of SFs. The basal SFs are decorated by a large number of dark speckles, which are created by the interaction with pyramidal dislocations that have both 〈c〉 and 〈a〉 components as revealed by our contrast analysis. The SFs do not appear to result from the splitting of unit dislocations, as the SFs are relatively wide and no dislocation nodes were observed. By tilting the specimen systematically inside TEM, the SFs and the associated dislocations in Mg are found to exhibit a rich variety of features in terms of their morphology and diffraction contrast.     

Microstructures,tensile properties and serrated flow of AlxCrMnFeCoNi high entropy alloys

Microstructures and mechanical properties of dual-phase Al_xCrMnFeCoNi (x=0.4, 0.5, 0.6, at.%) alloys were investigated. Thermomechanical processing leads to a microstructural evolution from cast dendritic structures to equiaxed ones, consisting of face-centered cubic (fcc) and body-centered cubic (bcc) phases in the two states. The volume fraction of bcc phase increases and the size of fcc grain decreases with increasing Al content, resulting in remarkably improved tensile strength. Specifically, the serrated flow occurring at the medium temperatures varies from type A+B to B+C or C as the testing temperature increases. The average serration amplitude of these Al-containing alloys is larger than that of CoCrFeNiMn alloy due to the enhanced pinning effect. The early small strain produces low-density of dislocation arrays and bowed dislocations in fcc grains while the dislocation climb and shearing mechanism dominate inside bcc grains. The cross-slip and kinks of dislocations are frequently observed and high-density-tangled dislocations lead to dislocation cells after plastic deformation with a high strain.     

Y对Al-Zr合金微观组织与性能的影响

采用电导率、显微硬度、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究Al-0．30Zr与Al-0．30Zr-0．08Y合金的微观组织与性能。铸态Al-Zr-Y合金中微米尺度初生Al3Y相通过共晶反应在晶内和晶界上同时生成。在Al-Zr-Y合金中,Y明显加速了Al3Zr（Ll2）的析出动力学。由于较大体积Al3（Zr,Y）析出相的生成,Al-Zr-Y合金的电导率明显高于Al-Zr合金的。在Al-Zr-Y合金中观察到了高密度的弥散球状Ll2结构Al3（Zr-Y）析出相。Al-0．30Zr-0．08Y合金具有比Al-0．30Zr合金更强的抗再结晶能力。     

添加微量Sc、Zr对超高强铝合金微观结构和性能的影响

采用低频电磁铸造技术制备Al-9Zn-2.8Mg-2.5Cu-x Zr-y Sc（x=0,0.15%,0.15%;y=0,0.05%,0.15%）合金,借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、力学性能测试等手段分别对其均匀化、热挤压态、固溶态和时效态的组织与性能进行对比分析。结果表明：添加微量Sc和Zr,会在凝固过程中形成初生Al3（Sc,Zr）,可显著细化合金铸态晶粒;均匀化时形成的次生Al3（Sc,Zr）粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界,有效抑制变形组织的再结晶,显著提高合金的力学性能。与不含Sc、Zr的合金相比,含0.05%Sc和0.15%Zr的合金经固溶处理和峰值时效处理后其抗拉强度和屈服强度分别提高172 MPa和218 MPa,其强化作用主要来自含Sc、Zr化合物对合金起到的亚结构强化、析出强化和细晶强化。