高应变速率下AZ31镁合金的各向异性及拉压不对称性

采用分离式霍普金森拉杆及压杆装置,研究挤压态AZ31镁合金高速变形下的各向异性及拉压不对称性,并从微观变形机制的角度探讨具有强烈初始基面织构的挤压态镁合金各向异性及拉压不对称性产生的原因。结果表明:在高速变形条件下,依据加载方向及应力状态挤压态AZ31镁合金的拉伸行为表现出很强的各向异性,但压缩行为的各向异性不明显;在挤压方向表现出很强的拉压不对称性,而在垂直于挤压方向的拉压不对称性很低。挤压态AZ31镁合金宏观上的各向异性及拉压不对称性是由于不同的微观变形机制所引起的。沿挤压方向拉伸的主要变形机制为柱面滑移,沿垂直于挤压方向拉伸及压缩的主要变形机制为锥面滑移;沿挤压方向压缩时初始变形机制为拉伸孪晶,当变形量为0.08(8%)左右时由于孪晶消耗殆尽,变形变而以滑移的方式进行。     

工业纯钛室温下的应变速率敏感性及Hollomon经验公式的改进

通过实验研究了工业纯钛TA2在室温下应变速率范围为1×10-4～1×10-2s-1的拉伸力学性能。发现TA2的拉伸力学性能存在显著的应变速率敏感性,随着应变速率的增加,材料的强度提高、塑性下降,应变速率敏感性指数较高。通过对Hollomon经验公式σ=Kεnεm的推导和TA2实验数据的分析发现应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n分别会受到应变和应变速率的影响,并且它们之间均呈指数关系。因此对Hollomon经验公式提出了改进,得到了TA2在室温下改进的Hollomon模型。与传统的Hollomon经验公式及Johnson-Cook模型相比,改进的Hollomon模型的预测结果与实验结果更加吻合,能更准确地表现材料的拉伸力学性能。     

超细晶工业纯钛的变形、应变速率敏感性和激活体积

在温度为250~450 ℃、应变速率为1×10-4-1 s-1的条件下,对超细晶工业纯钛进行变速率压缩实验,计算超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积,并研究超细晶工业纯钛的变形行为。研究结果表明：超细晶工业纯钛在稳态变形阶段存在流变软化效应,这是受变形过程中大角度晶界和位错活动所控制的。超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积在数值上都相对较低,应变速率敏感性随着变形温度的升高而增加,但激活体积独立于变形温度。应变速率敏感性和激活体积的数值表明晶粒内部位错之间的交互作用几乎不发生,而位错与晶界之间的交互作用显著影响超细晶工业纯钛的塑性变形。     

超薄Ni/Ni_3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷拉压不对称性研究(英文)

利用分子动力学方法研究超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷的拉压不对称,对应力-应变曲线和晶体曲线在不同的温度下进行比较。模拟表明在拉伸载荷作用下不全位错的施密特因子大于压缩载荷下的施密特因子,在10 K温度下的流变应力行为异常,同时超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线在不同温度下都表现为抵抗压缩载荷能力比拉伸载荷强。结果显示超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线具有显著的拉伸不对称特性。此外,堆积层错提高原子移动,不全位错从堆垛层错处发射。在促进位错发射过程中原子移动扮演着重要的角色;而且在拉-压载荷下不同晶体缺陷主要是点位错和层错,层错主要发生在4个{111}方向。研究拉压不对称与温度之间的关系,可以更准确和全面的理解超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线的力学性能。     

预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹尖端应变场的影响

钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。     

商业纯钛拉压塑性变形行为与机理

通过拉伸和压缩试验,获得了商业纯钛在不同温度和不同应变速率下的拉伸和压缩应力-应变关系,对比分析了拉压变形路径、变形温度和应变速率对商业纯钛塑性变形行为的影响;建立了Zener-Hollomon模型,获得了变形温度和应变速率对商业纯钛压缩变形加工硬化的作用规律及商业纯钛压缩变形加工图;基于电子背散射衍射技术,获得了商业纯钛晶粒取向分布,结合拉压变形特性阐明了商业纯钛拉伸塑性变形机理主要是滑移,压缩塑性变形机理主要分为滑移-孪生-滑移3个阶段。     

应变速率对TA15钛合金β热变形动态再结晶组织的影响

采用THERMECMASTER-Z型热模拟实验机对TA15钛合金在变形温度1050℃,应变速率0.001s-1～1s-1,真应变0.03～1.2范围内进行了等温恒应变速率压缩实验。结果表明,提高应变速率能够明显细化晶粒,在低应变速率(0.001s-1,0.01s-1)下,提高应变速率对晶粒细化的程度较大;从晶粒细化效果及组织均匀性考虑,较佳的应变速率为0.01s-1。     

TA15合金应变速率循环超塑性研究

采用应变速率循环法研究了TA15合金的超塑性.在变形温度分别为850、900、950℃,应变速率范同为1×10-5～1×10-3S-1的试验条件下.讨论了工艺参数对流变应力、m值及其超塑性的影响.结果表明,TA15合金具有较好的超塑性,最佳变形温度为900℃,伸长率为412%.     

拉压循环应变对屈服强度和包申格效应的影响

用１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢研究了拉压应变对粒状组织和粒状贝氏体和屈服强度和包申格效应的影响，结果表明，循环应变对σｙ和ＢＥ有显著影响，ＧＳ和Ｂｇ的σｙ和Ｂｅ随着循环应变次数的增加而变化的规律有其特殊性，与调质组织的变化规律明显不同，但高温回火，特别是两次高温回火能有效地减少其差异。     

挤压态AZ31镁合金的拉压不对称性及微观组织

在考虑滑移和孪生两大塑性变形机制的基础上,通过修正的粘塑性自洽（VPSC）模型,模拟挤压态AZ31镁合金轴向拉-压过程中的力学行为及微观组织。结合EBSD实验与模拟,分析了不同变形机制对初始挤压态丝织构镁合金产生拉压不对称的机理以及塑性变形过程中的微观组织。结果表明,轴向拉伸变形初期以基面滑移系为主,由于基面滑移的施密特因子较低,导致屈服应力较高;随着应变的增加,棱柱面滑移成为主导变形机制,应变硬化率降低,应力-应变曲线较平稳;轴向压缩变形初期,临界剪切应力较低的拉伸孪晶大量开启导致屈服应力较低;随着拉伸孪晶相对活性的快速降低,应变硬化率迅速提高;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪晶开始启动,塑性变形积累的应力得到释放,导致应变硬化率降低。另外,从典型晶粒的颜色和孪晶迹线方面解释了沿ED方向压缩时孪晶体积分数较小的原因。     

工业纯钛TA2的低温蠕变行为(英文)

对工业纯钛TA2在150℃（精对苯二甲酸装置钛冷凝器的工作温度）下的蠕变行为进行了研究。单轴拉伸蠕变试验结果表明,150℃下TA2材料蠕变第1阶段服从指数规律 ε = βt°。第1阶段蠕变衰减速度（时间指数口值）分别在160-200MPa和220-240MPa的试验应力范围内呈分阶段恒定的趋势。在较低的应力条件下（低于200MPa）,蠕变第1阶段的衰减速度较大,第2阶段存在蠕变饱和现象,且随着应力的降低,达到饱和所需的时间缩短。由此可以推论,第2阶段蠕变饱和的出现与第1阶段蠕变衰减速度密切相关,且在低温和较低的应力条件下,蠕变行为主要以第1阶段为主。     

Tension-Compression Asymmetry in Mechanical Behavior and Crystal Defect of Thin Ni/Ni3Al (001) Nanowires

利用分子动力学方法研究超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷的拉压不对称,对应力-应变曲线和晶体曲线在不同的温度下进行比较。模拟表明在拉伸载荷作用下不全位错的施密特因子大于压缩载荷下的施密特因子,在10 K温度下的流变应力行为异常,同时超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线在不同温度下都表现为抵抗压缩载荷能力比拉伸载荷强。结果显示超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线具有显著的拉伸不对称特性。此外,堆积层错提高原子移动,不全位错从堆垛层错处发射。在促进位错发射过程中原子移动扮演着重要的角色;而且在拉-压载荷下不同晶体缺陷主要是点位错和层错,层错主要发生在4个{111}方向。研究拉压不对称与温度之间的关系,可以更准确和全面的理解超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线的力学性能。     

工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端的参量表征与估算

通过试验、理论分析和有限元模拟对工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端应力应变场的参量表征及估算进行了研究。试验研究表明,在室温条件下,工业纯钛TA2存在明显的第1阶段蠕变现象。理论分析和有限元模拟表明,对TA2裂纹体进行保载时,裂纹尖端的应力应变场为HRR场,提出采用与时间相关的J积分来表征,并给出了估算方法。通过有限元计算,获得了TA2室温蠕变条件下CT试样的时间相关J积分值,论证了采用J积分来表征室温蠕变条件下TA2裂纹尖端应力应变场的合理性。将有限元计算与估算方法获得的J积分进行了比较,验证了估算方法的有效性和准确性。     

TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能

对TA2工业纯钛成功实现了搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP),研究FSP后搅拌区、热机影响区、热影响区组织特征,对比分析FSP加工区与母材的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明：TA2工业纯钛表面经FSP后,搅拌区晶粒发生了剧烈的塑性变形、混合和破碎,实现组织结构的致密化、均匀化和细化;加工区平均硬度相对母材提高37.5%,当摩擦磨损圈数分别为1000、1500、2000 r时,摩擦磨损质量损失分别比母材减少31.4%、36.6%和46.4%,经FSP后TA2工业纯钛表面硬度和抗摩擦磨损性能明显提高     

交流电场对工业纯钛TA2粉末法渗氧的影响

在650℃进行工业纯钛TA2的粉末法渗氧,通过渗罐内一组平行电极,对渗剂和TA2试样施加交流电场,进行交流电场增强粉末法渗氧。研究发现,以尿素作为供氧剂的粉末法渗氧生成的渗层表层主要由TiO₂组成,还有少量Ti₂N和固溶氧的α-Ti;交流电场能够大幅度提高纯钛的渗氧效率,随电场电流增加,渗层厚度、硬度增加,沿层深硬度分布改善;在电场电流为2 A和渗剂含2%尿素时,6 h渗扩所得渗层厚度约46μm,渗层峰值硬度约1150 HV0.01。交流电场的物理作用能够强化渗氧剂中的反应,从而增加氧原子及含氧活性基团的产率和活性;交流电场通过提高试样内部的空位浓度,为氧原子的扩散提供更多通道;这两个因素加快氧向试样内部扩散。这种新技术可以在较低温度对钛进行高效渗氧处理,减少工件畸变。     

工业纯钛TA1的双道次热压缩变形及软化行为

在Gleeble-3500热模拟试验机上对工业纯钛TA1进行单、双道次等温热压缩试验,变形温度为650~850 ℃,道次间隙时间为1~60 s,变形速率为10 s^-1,研究了工业纯钛TA1单、双道次热压缩过程中静态软化和动态软化行为。利用光学显微镜对变形后的微观组织进行观察,研究了工业纯钛TA1在不同变形条件下的微观组织演变。结果表明,工业纯钛TA1在单、双道次热压缩变形过程中表现出明显的硬化和软化行为,峰值应力前表现为加工硬化,峰值应力后表现为加工软化,最终达到动态软化和加工硬化的动态平衡。在道次间隙时间内发生静态软化,静态软化程度随着道次间隙时间的增加和温度的升高而增大。随着道次间隙时间的延长和温度的升高,道次间再结晶更加充分,第二道次变形后晶粒尺寸增加更明显,当发生完全再结晶时,软化程度达到最大。在热压缩变形期间,发生动态软化,650 ℃和750 ℃时以动态再结晶为主,850 ℃时以动态回复为主。     

TA32钛合金板材的超塑性能研究

研究了真空环境中TA32钛合金板材在温度950℃、应变速率5. 32×10~(-4)～2. 08×10~(-2)s~(-1)条件下的超塑性变形行为。结果表明,在不同应变速率条件下,合金的流变应力曲线特征和显微组织演变显著不同。在应变速率较低(5. 32×10~(-4)～3. 33×10~(-3)s~(-1))条件下,拉伸真应力-真应变曲线呈传统超塑变形的稳态流动特征,变形后的合金中初生α相晶粒尺寸较大;在高应变速率(8. 31×10~(-3)s~(-1)～2. 08×10~(-2)s~(-1))条件下,拉伸真应力-真应变曲线中流变应力增大到峰值后快速单调递减直至试样断裂,合金变形过程中初生α相发生动态再结晶,晶粒尺寸较低应变速率条件下显著细化。950℃时,TA32钛合金板材均具有超塑性变形能力,超塑性延伸率在145%～519%之间;当应变速率为5. 32×10~(-4)s~(-1)时,具有最佳的超塑性,拉伸延伸率可达519%。断裂区形貌分析发现,TA32钛合金板材的超塑性断裂模式为空洞聚集-连接-长大型断裂。