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高压扭转变形缺陷对钨铜扩散焊显微组织和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2023年第12期52卷 4220-4226页

作者：王雪焦奥飞朱亚辉王明明薛克敏合肥工业大学材料科学与工程学院高性能铜合金材料及成形加工教育部工程研究中心安徽合肥230009

对商业纯钨和铜铬锆合金在900~980℃进行压力80 MPa、时间2 h的真空扩散焊(diffusion welding,DFW)试验,并对扭转圈数为5~20圈的高压扭转(high-pressure torsion,HPT)变形钨和铜合金进行900℃真空扩散焊试验,获得了界面连接结合良好、... 详细信息

对商业纯钨和铜铬锆合金在900~980℃进行压力80 MPa、时间2 h的真空扩散焊(diffusion welding,DFW)试验,并对扭转圈数为5~20圈的高压扭转(high-pressure torsion,HPT)变形钨和铜合金进行900℃真空扩散焊试验,获得了界面连接结合良好、力学性能优良的钨铜复合材料。借助OM、EDS和XRD,对比分析了高压扭转引入的晶体缺陷对扩散焊后钨和铜元素扩散、显微组织和显微硬度的影响规律。结果表明,随着真空扩散焊温度升高,钨和铜的元素扩散深度分别由(0.4±0.1)μm和(0.9±0.1)μm逐渐提升至(0.9±0.1)μm和(1.7±0.2)μm,高温导致晶粒组织异常长大,显微硬度显著下降。HPT变形引入的高密度位错和超细晶组织促进扩散焊过程中的原子扩散与迁移,20圈变形扩散焊试样的钨和铜元素扩散深度达到(2.4±0.1)μm和(3.1±0.2)μm,较初始态提升了5倍和2.4倍;钨变形组织在扩散焊后得到有效保留,条带状晶粒有限长大至62μm×25μm,位错密度约为1.46×10^(14 ) m^(-2),较初始态高32.7%;铜合金在高温扩散焊后呈现退火孪晶和等轴晶的粗大混晶组织,高温再结晶使其位错密度回复至初始态。高压扭转变形后扩散焊后钨的显微硬度(HV0.5)和铜铬锆的显微硬度(HV0.1)分别为4596~4635 MPa和608~715 MPa,较初始态扩散焊提升了48%和9%,表明该工艺为制备高性能钨铜复合材料的有效手段。

关键词：钨铜复合材料高压扭转真空扩散焊元素扩散显微硬度

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钛单晶纳米柱拉压不对称性的分子动力学模拟

稀有金属材料与工程 2019年第6期48卷 1835-1840页

作者：李萍储潜严思梁纪小虎薛克敏合肥工业大学

基于分子动力学模拟,通过研究钛单晶纳米柱在拉伸和压缩下的力学响应特征及晶体结构演化行为,揭示其塑性变形机制。结果表明,沿[0001]晶向拉伸条件下,主要塑性变形机制为伴生的{1012}孪晶和基面层错;而沿[0001]晶向压缩条件下,基面位错... 详细信息

基于分子动力学模拟,通过研究钛单晶纳米柱在拉伸和压缩下的力学响应特征及晶体结构演化行为,揭示其塑性变形机制。结果表明,沿[0001]晶向拉伸条件下,主要塑性变形机制为伴生的{1012}孪晶和基面层错;而沿[0001]晶向压缩条件下,基面位错作为优先形核的缺陷参与到塑性变形过程,随后锥面位错出现并协调了轴向和横向变形,压缩条件下无孪晶产生。拉伸模拟过程中,观察到一种有别于传统孪生的晶体再取向现象,其孪晶与基体间呈现基面/柱面对应关系。

关键词：分子动力学钛单晶晶体再取向孪生位错

模压变形中国低活化马氏体钢沉淀相对其力学性能的影响

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金属学报 2021年第7期57卷 903-912页

作者：薛克敏盛杰严思梁田文春李萍合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009

采用室温拉伸、500℃高温拉伸、显微硬度、SEM、TEM等方法研究中国低活化马氏体钢(CLAM钢)多道次模压变形诱导沉淀相回溶和析出对力学性能的影响。结果表明,三道次模压变形后,有效细化了晶粒和沉淀相,尺寸为5μm以上的晶粒所占体积分数... 详细信息

采用室温拉伸、500℃高温拉伸、显微硬度、SEM、TEM等方法研究中国低活化马氏体钢(CLAM钢)多道次模压变形诱导沉淀相回溶和析出对力学性能的影响。结果表明,三道次模压变形后,有效细化了晶粒和沉淀相,尺寸为5μm以上的晶粒所占体积分数减小为0.49%,M_(23)C_(6)相和MX相平均尺寸分别从107.32和17.12 nm减小到93.97和13.59 nm。累积应变为2.32时,抗拉强度和硬度分别为720 MPa和2.46 GPa,较变形前分别增加了22.87%和12.33%;当累积应变达到3.48时,与累积应变为2.32时相比其强度降低了4.31%,硬度和延伸率分别上升了2.03%和6.27%,该变化与变形过程中发生明显的沉淀相回溶有关。

关键词：中国低活化马氏体钢限制性模压析出强化力学性能

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双质量飞轮驱动齿盘旋压增厚成形工艺研究

哈尔滨工业大学学报 2018年第5期50卷 145-151页

作者：薛克敏杨卫正代光旭李萍合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009 合肥工业大学工业与装备技术研究院合肥230009

针对汽车双质量飞轮驱动齿盘外缘为原始板厚的3~5倍的特点,以SIMUFACT软件分析为手段,对双质量飞轮驱动齿盘多道次旋压增厚成形工艺进行研究.基于旋压增厚成形工艺的理论分析,设计出多道次旋压增厚模具并建立了旋压增厚成形有限元模型.... 详细信息

针对汽车双质量飞轮驱动齿盘外缘为原始板厚的3~5倍的特点,以SIMUFACT软件分析为手段,对双质量飞轮驱动齿盘多道次旋压增厚成形工艺进行研究.基于旋压增厚成形工艺的理论分析,设计出多道次旋压增厚模具并建立了旋压增厚成形有限元模型.以第1道次旋压增厚成形为例,分析了成形过程中应力场分布及板坯的变形情况.同时在板坯表面设置4个测量点分析第1道次旋压增厚成形过程中金属的流动规律,从而总结出第2至5道次的旋压增厚成形规律.以旋轮进给速度、摩擦系数、芯模转速为自变量,进行三因素三水平正交试验,获得最大成形载荷、增厚程度数据.结合灰色理论对双质量飞轮驱动齿盘旋压增厚成形工艺参数进行了优化,在CDC-4S80旋压机上进行了试验,结果表明:在旋压增厚过程中板坯所受径向力最大、切向力次之、轴向力最小;较小的摩擦系数与旋轮进给速度有利于提高零件的成形质量;通过物理试验成功将板坯外缘由3 mm增厚到10.5 mm,验证了该成形方案与灰色系统理论优化的可行性.

关键词：双质量飞轮驱动齿盘旋压增厚成形金属流动增厚程度灰色系统理论

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22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验

中国机械工程 2017年第12期28卷 1498-1503,1511页

作者：薛克敏孙大智李萍巩子天纵合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009

考虑材料的热物理性能参数、力学性能与温度的关系,利用ABAQUS软件建立了22MnB5超高强钢热冲压过程的热力耦合有限元模型,选用合适的热冲压工艺参数进行数值分析,得到了坯料热冲压成形的应力应变分布,并以板料初始温度为变量,研究不同... 详细信息

考虑材料的热物理性能参数、力学性能与温度的关系,利用ABAQUS软件建立了22MnB5超高强钢热冲压过程的热力耦合有限元模型,选用合适的热冲压工艺参数进行数值分析,得到了坯料热冲压成形的应力应变分布,并以板料初始温度为变量,研究不同初始温度对零件厚度分布、回弹及冷却速率的影响。进行了板料初始温度为900℃的22MnB5超高强钢热冲压试验,零件厚度分布及回弹量与模拟结果基本吻合,各区域淬火组织均为板条状马氏体,由于零件底部的淬火冷却速率较大,马氏体组织更加均匀细小。

关键词： 22MnB5超高强钢数值模拟回弹马氏体转变

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纯钨等通道双转角挤压变形行为分析

稀有金属材料与工程 2020年第9期49卷 3012-3020页

作者：李萍段自豪吴涛华雅玲薛克敏合肥工业大学安徽合肥230009

作为一种新的大塑性变形(SPD)方法,基于等径角挤压(ECAP)开发了等通道双转角挤压(ECDAP)以减少冲头偏载。通过有限元模拟和实验研究分析了工业烧结纯钨在1道次ECDAP过程中的变形行为。结果表明:在相同工艺参数下,ECDAP模具的局部应力分... 详细信息

作为一种新的大塑性变形(SPD)方法,基于等径角挤压(ECAP)开发了等通道双转角挤压(ECDAP)以减少冲头偏载。通过有限元模拟和实验研究分析了工业烧结纯钨在1道次ECDAP过程中的变形行为。结果表明:在相同工艺参数下,ECDAP模具的局部应力分布更加均匀,冲头的偏载得到了改善。经ECDAP产生的平均等效应变与ECAP类似,但是试样经过ECDAP变形发生二次剪切变形,应变分布的均匀性大大提高。此外,在二次剪切变形区晶粒尺寸减小到1.77μm,并且在转角区晶粒被明显拉长。由于霍尔-帕奇(Hall-Petch)强化和应变强化作用使得显微硬度得到提高。以上结果表明ECDAP工艺是生产超细晶金属材料的一种有效方法。

关键词：纯钨等通道双转角挤压二次剪切晶粒细化显微硬度

工艺路径对纯铝粉末材料多道次等径角挤扭变形的影响

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中国机械工程 2014年第12期25卷 1676-1680页

作者：王晓溪薛克敏李萍徐州工程学院徐州221111 江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室徐州221111 合肥工业大学合肥230009

结合实际变形过程,采用DEFORM-3D对不同变形工艺路径下纯铝粉末材料等径角挤扭(ECAPT)多道次变形过程进行了三维数值模拟。有限元模拟结果表明:A和C工艺路径可在较小的挤压载荷下实现有效的应变累积和均匀的变形分布,是两种较为理想的... 详细信息

结合实际变形过程,采用DEFORM-3D对不同变形工艺路径下纯铝粉末材料等径角挤扭(ECAPT)多道次变形过程进行了三维数值模拟。有限元模拟结果表明:A和C工艺路径可在较小的挤压载荷下实现有效的应变累积和均匀的变形分布,是两种较为理想的变形路径;BA和BC两种工艺路径虽然能够使变形材料累积的等效应变量大大增加,但却会造成试样变形分布的严重不均匀。电子背散射衍射(EBSD)实验结果表明,A路径下纯铝粉末材料经4道次等径角挤扭变形后,可获得组织均匀、性能优良的块体超细晶铝,材料平均晶粒尺寸约为0.8μm,抗压强度高达123.3MPa,验证了前述模拟结果的可靠性。

关键词：等径角挤扭粉末颗粒工艺路径变形均匀性

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TA15钛合金高温变形过程的介观模拟计算

稀有金属材料与工程 2015年第4期44卷 927-932页

作者：赵蒙李萍李成铭甘国强薛克敏合肥工业大学安徽合肥230009

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理... 详细信息

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理的材料本构参数,高温压缩实验与模拟得到的真应力-应变曲线基本一致。通过对TA15钛合金高温变形模拟结果进行分析,包括应力和应变分布、滑移系开动情况和晶界面积变化,得出:(1)由于晶粒几何及取向的随机性造成应力和应变分布非均匀性;(2)晶粒间相互作用的复杂性会导致各个滑移系开动的差异性;(3)形变程度越大,晶粒密度越大,晶界面积变化率越大。模拟结果为相变等显微组织演变及多尺度同步耦合提供了参考。

关键词：晶体塑性 TA15钛合金介观模拟

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预变形TA15合金脉冲电处理球化行为研究

稀有金属材料与工程 2023年第5期52卷 1783-1790页

作者：严思梁时迎宾张晓丽李萍薛克敏合肥工业大学材料科学与工程学院高性能铜合金材料及成形加工教育部工程研究中心安徽合肥230009 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

开展了预变形片层组织TA15合金电脉冲处理实验,对片层组织形貌及位错、界面结构进行表征,深入分析预变形片层组织TA15合金在脉冲电流作用下的微观组织演变机理。结果表明,电脉冲促进TA15合金中的原子扩散和缺陷反应,从而使片层组织发生... 详细信息

开展了预变形片层组织TA15合金电脉冲处理实验,对片层组织形貌及位错、界面结构进行表征,深入分析预变形片层组织TA15合金在脉冲电流作用下的微观组织演变机理。结果表明,电脉冲促进TA15合金中的原子扩散和缺陷反应,从而使片层组织发生电致静态球化;且随着电流密度增大和通电时间的延长,片层组织球化率增大,平均晶粒尺寸先增大后减小。α相球化前期由末端迁移机制控制,后期受晶界分离和Ostwald熟化控制,而β相球化的主要机制是晶界分离。电脉冲处理后球化α相的新生界面强化导致材料硬度最大提升26.41%。

关键词：电脉冲处理 TA15合金预变形片层球化