低Al含量Ti-Al合金相变行为的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟研究了Ti-5Al和Ti-10Al两种合金的β→α相变过程。比较分析了不同Al含量下相变过程的体系内能、径向分布函数、不同晶体结构相对含量的变化以及晶体结构的演化。结果表明:Ti-10Al较Ti-5Al更快发生α相形核析出,体现出实际相变过程中Al作为α相稳定元素的作用;β→α的结构转变通过{110}β面原子层间的相互滑移发生,并伴随一定畸变,新相与母相间晶体学关系符合{0001}α//{110}β;新相中易形成层错、孪晶等晶体缺陷,以消除部分相变过程中畸变引起的应力。     

TA2管材织构及性能研究

对比研究了轧制与轧制加拉拔两种加工工艺制备TA2管材的显微组织、变形织构与再结晶织构、拉伸性能及扩口、压扁等工艺性能,同时分析了织构对管材力学性能及工艺性能的影响。结果表明:加工态轧制加拉拔管材和轧制管材均表现为径向织构和周向织构相结合的复合织构;退火态管材试样表现为径向织构。径向织构可以显著提高管材的力学性能,而对管材扩口、压扁性能影响不大。     

工业铝板的低应变量拉伸变形行为

采用X射线透射法测量冷轧态AA3104和退火态AA1060工业铝板的织构,并在拉伸实验中测量了铝板的塑性应变比r值。利用所测量的铝板织构和Sachs以及反应应力模型对铝板不同方向塑性应变比进行了模拟计算。计算并分析了纯铝取向因子分布以及铝板拉伸前晶粒取向的软硬分布状态。结果表明,透射法获得了铝板的整体织构,排除了织构不均匀性的干扰。模拟计算表明,拉伸变形时多晶体的变形行为总是展现出Sachs模型的变形特征。这种特征起因于薄铝板非块体材料的几何特征,以及拉伸变形较低的应变量。     

单晶镍纳米薄膜单向拉伸破坏的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了单晶镍纳米薄膜受单向拉伸破坏的过程, 得出纳米尺度单晶镍薄膜的应力-应变关系、能量演化曲线和镍薄膜构型的变化及微损伤的形成和扩展过程. 模拟采用原子镶嵌势描述原子间作用, 得到镍单晶薄膜的弹性模量, 分析了拉伸过程中系统原子能量、应力变化和外荷载的关系. 结果表明: 纳米薄膜的自由表面影响拉伸过程中原子的运动和薄膜整体力学性能, 纳米薄膜破坏的几何特征是原子空位的连接和晶胞缺陷的扩展; 单晶的断裂接近脆性断裂, 模拟得到纳米薄膜的断裂强度符合Griffith脆性断裂的能量平衡理论.     

纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸变形模拟

采用分子动力学对纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸性能进行了模拟研究,从微观尺度探究了Ni含量及温度对合金拉伸性能的影响规律。结果表明,当Ni含量为10%时,最大拉应力达21.70 GPa,位错之间的相互作用是造成拉伸性能提升的重要原因。从能量、位错和堆垛层错方面对Ni含量为10%合金的性能进行了验证,表明Cu-Ni合金符合固溶弱化规律。当温度为100 K时,存在最大拉应力为22.21 GPa;当温度为900 K时,最大拉应变为0.1045。晶界原子百分比随加载温度的升高而增加,晶内原子百分比随加载温度的升高而减少;温度升高导致晶界熔化,原子无序度增加,对位错的阻碍作用下降。拉伸过程中位错密度不断降低,由位错缠结而引起的强化作用不断减少,导致高温时合金的拉伸性能下降。     

Fe3Al轧板中的晶粒尺寸对拉伸和蠕变性能的影响

了成分相同而晶粒大小不同的Ｆｅ３Ａｌ轧制板材的拉伸和蠕变性能，表明了晶粒尺寸对不同Ｆｅ３Ａｌ基板材拉伸和蠕变性能的复杂影响。室温下随晶粒的减小强度的延性均增加。经过再结晶处理的试样，油淬后显微组织的改善导致室温拉伸性能的提高。然而未经过再结晶处理试样的延展性提高则是由于横截面上晶界数目减少的结果。较厚的试样由于晶粒较粗大，所以在６００℃下其拉伸强度和蠕变抗力比细晶都要高。     

单晶Al3Ti拉伸与剪切变形的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究单晶Al3Ti模型的拉伸和剪切力学性能。模拟Al3Ti在常温、恒定应变速率下的拉伸和剪切变形过程,讨论了温度和应变速率对体系拉伸和剪切性能的影响。结果表明,Al3Ti室温下很脆,弹性变形阶段结束后在短时间内体系产生的孔洞和位错迅速发展导致材料破坏。温度升高会导致Al3Ti的抗拉强度、杨氏模量、剪切强度和切变模量降低;应变速率增大能提高材料的拉伸和剪切强度,但不影响杨氏模量和切变模量大小。     

挤压态AZ31镁合金拉伸变形织构分析

根据X射线衍射图谱绘制了晶面反极图,研究了拉伸变形对挤压态AZ31镁合金织构的影响.结果表明,挤压态AZ31镁合金具有明显的(0002)基面织构,且存在C轴与挤压方向呈16°～21°角分布的倾斜基面织构.拉伸变形使基面织构弱化,(1010)柱面沿C轴发生了45°角的转动.     

Ti-Al合金γ/α2界面结构及拉伸变形行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,通过考察共格和半共格界面,发现体系总能量随两相厚度比变化,得到2种界面相互转变的临界片层厚度;对不同片层厚度的Ti-Al合金进行垂直界面的拉伸加载,发现共格界面的屈服强度高于半共格界面,断裂行为随γ和α_2相的厚度比变化。塑性变形首先发生在γ相一侧,形成Shockley偏位错,进而通过剪切传递方式穿过γ/α_2界面,激活a2相的锥面层错;γ/α_2界面为后续的位错和孪生提供形核点。     

TA2合金管材的织构和承载性能研究

采用轧制与拉拔相结合和轧制两种方法制备TA2管材,并对其进行退火处理。研究TA2合金管材的组织结构、变形织构、力学性能和工艺性能。结果表明,两种成型方式都会形成径向织构和轴向织构共存的组织结构,退火能够使拉拔管件径向织构加强,提高管材的力学性能。     

润滑轧制工艺下热轧板的冲压性能及织构

研究了板带热连轧过程中不同道次配置润滑轧制工艺对钢板力学性能、金相组织和织构的影响,发现采用润滑工艺对提高钢板n值、r值,降低Δr值有一定作用,特别是加强后段轧制道次的润滑,效果更加明显;采用润滑轧制工艺,钢板晶粒尺寸细小,钢板厚度方向上织构分布差异明显减小,进而改善了热轧冲压薄板的冲压成型性能。     

2195铝锂合金板材高速拉伸力学特性和变形机理研究

为探究新淬火态2195铝锂合金高应变速率拉伸的力学性能和变形机理,采用分离式Hopkinson拉杆装置进行高应变速率拉伸实验,应变速率范围为1000 s-1~4500 s-1,并通过EBSD技术分析不同应变速率拉伸下合金的织构类型和微观组织演变规律。结果表明：随应变速率的增大,合金的强度和延伸率同步上升。当应变速率达到4200 s-1时,抗拉强度和延伸率分别达到398 MPa和63%,相比较于准静态拉伸,延伸率显著提高。由EBSD结果分析可知,随应变速率的增大,小角度晶界占比上升、KAM均值增大,Goss织构和S织构强度和体积分数上升。同时发现高应变速率拉伸下不仅软取向晶粒的塑性变形更加充分,而且可以启动更多的硬取向晶粒协调变形,进而揭示了高应变速率拉伸下的变形机理。     

Deformation Mechanisms of Ti-6Al-4V During Tensile Behavior at Low Strain Rate

A superplastic Ti-6Al-4V grade has been deformed at a strain rate of 5 × 10⁻⁴ s⁻¹ and at temperatures up to 1050 °C. Structural mechanisms like grain boundary sliding, dynamic recrystallization, and dynamic grain growth, occurring during deformation, have been investigated and mechanical properties such as flow stress, strain hardening, and strain at rupture have been determined. Dynamic recrystallization (DRX) brings on a decrease in the grain size. This could be of great interest because a smaller grain size allows a decrease in temperature for superplastic forming. For DRX, the driving force present in the deformed microstructure must be high enough. This means the temperature must be sufficiently low to ensure storing of enough dislocation energy but must also be high enough to provide the activation energy needed for DRX and to allow superplastic deformation. The best compromise for the temperature was found to be situated at about 800 °C; this is quite a bit lower than the 925 °C referenced in the literature as the optimum for the superplastic deformation. At this medium temperature the engineering strain that could be reached exceeds 400%, a value high enough to ensure the industrial production of complex parts by the way of the superplastic forming. Microstructural, EBSD, and mechanical investigations were used to describe the observed mechanisms, some of which are concurrent. This article was presented at the AeroMat Conference, International Symposium on Superplasticity and Superplastic Forming (SPF) held in Seattle, WA, June 6-9, 2005.     

碳纳米管／金复合材料拉伸力学性能的分子动力学模拟

用分子动力学方法对纳米单晶金和碳纳米管/金(CNT/Au)复合材料在拉伸下的力学行为进行了模拟研究.其中,CNT/Au复合材料根据嵌入到金基体中的碳纳米管的轴向方向与拉伸方向平行和垂直而采用2种不同的模型,即水平嵌入和垂直嵌入.在模拟中,分别用多体紧束缚(TB)势、经验Tersoff势和长程Lennard-Jones(L-J)势描述金原子间、碳原子间以及金原子与碳原子之间的相互作用.计算结果表明:平行嵌入碳纳米管的CNT/Au复合材料的杨氏模量比纳米单晶金的杨氏模量大很多,但是垂直嵌入碳纳米管的CNT/Au复合材料的杨氏模量比金的杨氏模量稍低,且垂直嵌入碳纳米管的CNT/Au复合材料的屈服应力和屈服应变明显低于纳米单晶金的屈服应力和应变.     

冷轧压下率对连续退火Ti-IF钢组织和深冲性能的影响

以工业生产的Ti-IF钢热轧板为研究材料,结合连续热镀锌线的工艺特点,采用实验室冷轧、盐浴退火方法和金相、X射线织构测试和力学性能检测等分析手段,研究了冷轧压下率对组织、织构和深冲性能的影响规律。试验结果表明,随着冷轧压下率从60%提高到90%,冷轧态α取向线上的取向密度不断增强,主要形成了{223}〈110〉和{114}〈110〉织构,γ取向线上的{111}〈011〉和{111}〈112〉织构亦有所增强;退火后铁素体晶粒尺寸从9.0级细化到10.5级,导致强度(特别是屈服强度)有所增加,η_(90°)值有所降低。试验钢退火后仍具有较强的{223}〈110〉和{114}〈110〉织构,此外,随着冷轧压下率从60%提高到80%,{111}〈110〉和{111}〈112〉织构有增强的趋势,且{111}〈110〉织构比{111}〈112〉织构强,r_(90°)值有所提高;当冷轧压下率进一步提高到90%时,{111}〈112〉织构明显增强,但{111}〈110〉织构变化较小,导致{111}〈112〉织构比{111}〈110〉织构强,使r_(90°)值反而有所降低,这与γ织构分布变化导致制耳分布曲线由典型的4制耳特征转变为6制耳特征有关。     

铁素体区轧制工艺在半连续轧机上的应用研究

对比了铁素体区轧制工艺和常规轧制工艺产品力学性能、微观组织和表面质量。分析了生产中粗轧温度、终轧温度、卷取温度、退火温度及轧制润滑控制等对产品组织性能的影响。提出了铁素体区轧制工艺的控制要点,退火后产品可获得更有利的{111}织构,进而获得更优异的屈强比和塑性应变比。     

等温处理对含10wt%Mo的纳米晶Fe_3Al性能的影响

通过铝热反应法制备了含10 wt%Mo的纳米晶Fe3Al材料,并对制得的材料进行了600和800℃的等温热处理,利用XRD和TEM研究了等温热处理前后组织的变化,并测试了应力应变曲线和屈服强度。结果表明:等温热处理前后,材料的晶体结构没有发生变化,均由无序bcc结构的Fe3Al相组成;材料经热处理后的平均晶粒尺寸和屈服强度在600～800℃之间增加显著,并在800℃等温热处理8 h后分别达到最大值43 nm和960 MPa;热处理后,材料在断裂前的最大变形量提高了15%左右,并有良好的塑性变形平台,塑性显著提高。等温热处理是一种提高纳米晶材料综合力学性能的可行方法。     

热处理工艺对含微量Sc、Zr的Al-Mg合金力学性能及显微组织的影响

制备了成分为Al-5Mg-(0.10～0.30）Sc-(0.05-0.15）Zr的合金，测试了其不同状态下的拉伸力学性能σb、σ0,2和δ，采用金相显微镜，透射电镜观察分析了其不同状态下的显微组织结构。结果发现：微量Sc、Zr的添加明显提高了Al-Mg合金的强度，细化了合金铸锭组织的晶粒尺寸，抑制了合金形变组织的再结晶，合金在热轧-冷轧后130℃3h退火得处理得到最佳力学性能，σb=406MPa，σ0.2=308MPa和δ=15%。