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高压扭转法制备非均匀层状结构Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的组织演变与力学性能

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稀有金属材料与工程 2021年第9期50卷 3125-3132页

作者：薛克敏王薄笑天吴广善严思梁李萍合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

采用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和Instron试验机对试验温度400℃下高压扭转变形加工的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行组织和力学性能的表征与测试。结果表明,变形试样的晶界和晶粒中的第二相明显被破碎和细化,晶界无沉淀析出... 详细信息

采用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和Instron试验机对试验温度400℃下高压扭转变形加工的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行组织和力学性能的表征与测试。结果表明,变形试样的晶界和晶粒中的第二相明显被破碎和细化,晶界无沉淀析出带宽度变窄,大大提高了变形试样的强度和塑性。初始样品的晶粒取向是随机分布的。当应变较小时,试样的晶粒尺寸、晶粒取向和局部取向差异均呈现非均匀的片层状分布。由于非均匀层状组织在变形过程中产生的背应力强化效应,0.5圈变形试样的力学性能最好。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金高压扭转不均匀片层状组织第二相力学性能

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高压扭转制备钨铜梯度材料的仿真和实验研究

稀有金属材料与工程 2022年第4期51卷 1371-1377页

作者：王雪陈广清王明明严思梁薛克敏合肥工业大学材料学院安徽合肥230009

采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟,分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态,以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明,铜在高压扭转(HPT)变形过程中为剪切变形的主要承受方,钨未得到充分的剪... 详细信息

采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟,分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态,以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明,铜在高压扭转(HPT)变形过程中为剪切变形的主要承受方,钨未得到充分的剪切变形,界面层应变累积最大;较高的温度和压力有利于界面层的应变累积,但温度的提升效果并不显著,并且高压力和高温度易导致铜反挤和模具失效。在300℃、1 GPa、扭转5圈的工艺条件下采用高压扭转工艺制备了界面连接质量良好的钨铜梯度材料。实验结果表明,随着扭转半径的增大,钨和铜的组织均得到显著细化,平均晶粒尺寸分别约为32.6和0.28μm,并且在界面处出现晶粒尺寸为4.8~6.75μm的铜组织过渡层;界面处钨和铜结合良好,钨和铜元素的扩散距离分别约为1.74和2.59μm。铜的显微硬度(HV)由初始态的790 MPa提升至1310MPa,界面处钨的显微硬度由初始的3470MPa提高到4240MPa,表明大变形条件下的晶粒细化和缺陷累积有利于界面连接和性能提升。

关键词：钨铜梯度材料高压扭转有限元模拟微观组织显微硬度

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高压扭转铜试样的微观组织与压缩性能

金属学报 2008年第7期44卷 803-809页

作者：谢子令武晓雷谢季佳洪友士中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190

通过高压扭转对铜试样施加不同程度的变形,研究了样品扭转面(ND面)和纵截面(TD面)上微观组织特征.对ND面,在较小的剪应变下,原始晶粒形貌模糊,晶粒内部形成等轴状的位错胞及亚晶结构;随变形量的增大,亚晶间取向差及亚晶内部的位错密度增... 详细信息

通过高压扭转对铜试样施加不同程度的变形,研究了样品扭转面(ND面)和纵截面(TD面)上微观组织特征.对ND面,在较小的剪应变下,原始晶粒形貌模糊,晶粒内部形成等轴状的位错胞及亚晶结构;随变形量的增大,亚晶间取向差及亚晶内部的位错密度增大,最后形成亚微米尺度的等轴晶粒.对TD面,变形初期原始晶粒被拉长,晶粒内部为位错墙分割成的层状结构,层内为拉长的位错胞;随变形程度的增大,拉长晶粒的宽度减小,与剪切方向的夹角减小,晶内层状组织间距减小,并逐渐演化成拉长的亚晶组织;进一步增大变形,晶粒拉长痕迹消失,变形组织与ND面相似,为等轴状亚微米晶粒.压缩实验表明,经16圈扭转后,整个试样上的压缩性能基本均匀,σ_(0.2)达到385 MPa,应变率敏感性指数增大至0.021.

关键词：铜高压扭转微观结构晶粒演变压缩性能

高压扭转变形的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金显微组织及织构

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中国有色金属学报 2017年第6期27卷 1125-1131页

作者：丁永根王薄笑天李萍薛克敏合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009

在380℃变形条件下对不同高径比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金试样进行高压扭转实验,借助于EBSD和XRD技术分析变形Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织、第二相粒子和织构的演变规律。结果表明:在高压扭转过程中,大量第二相粒子从过饱和Al基体中脱溶析... 详细信息

在380℃变形条件下对不同高径比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金试样进行高压扭转实验,借助于EBSD和XRD技术分析变形Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织、第二相粒子和织构的演变规律。结果表明:在高压扭转过程中,大量第二相粒子从过饱和Al基体中脱溶析出,显微组织明显细化,在部分三叉晶界处出现了细小的动态再结晶组织;材料织构强度随着高径比的减小而减弱;当高径比为0.20时,晶粒的择优取向方向也发生了明显变化,晶粒在、方向上出现了择优取向。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金高压扭转显微组织织构高径比

高压扭转过程中不混溶Al/Zn体系的机械合金化和相变

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第12期33卷 3612-3624页

作者：陈琛花安平于俊杰陈昱林吉卫喜钱陈豪江南大学机械工程学院无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室无锡214122 江苏大学材料科学与工程学院镇江212013

通过高压扭转工艺(HPT)对两个半圆盘的纯铝和纯锌进行合金化处理以及合金化后的退火处理(PDA)。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和分子动力学(MD)模拟研究Al-Zn合金的微观结构演变过程。结果表明,高压扭转处理的Al/Zn组件由纳米晶... 详细信息

通过高压扭转工艺(HPT)对两个半圆盘的纯铝和纯锌进行合金化处理以及合金化后的退火处理(PDA)。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和分子动力学(MD)模拟研究Al-Zn合金的微观结构演变过程。结果表明,高压扭转处理的Al/Zn组件由纳米晶相和非晶相混合组成。变形产生的(0001)Al//(111)Zn特殊晶面取向促进了原子扩散,高固溶度的钉扎效应使位错密度达到2.17×10^(17)m^(-2)。Al-Zn合金中的晶体向非晶的转变可能主要归因于纳米晶、高扩散度和高局部位错密度。此外,结果表明,退火后结构呈现150~250 nm和500~900 nm的双峰粒度分布,并且在后续的PDA中晶界处出现锌原子富集。这种异质微观结构使材料的伸长率达到160%,展现出优良的塑性。

关键词：铝锌合金高压扭转分子动力学模拟固态非晶化位错密度

高压扭转变形2A12铝合金组织性能演变与断裂行为

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中国有色金属学报 2022年第8期32卷 2173-2184页

作者：仲晓晓杨志刚张尧徐岩顾勇飞贾建波骆俊廷燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

分别在室温(RT)、393 K、513 K和633 K开展扭转0.5-4 t的2A12铝合金的高压扭转(HPT)变形实验。通过对微观组织和室温力学性能进行观察、测量和统计,阐明了微观组织和力学性能随HPT工艺参数的变化规律。结合断口形貌和断口区域组织特征,... 详细信息

分别在室温(RT)、393 K、513 K和633 K开展扭转0.5-4 t的2A12铝合金的高压扭转(HPT)变形实验。通过对微观组织和室温力学性能进行观察、测量和统计,阐明了微观组织和力学性能随HPT工艺参数的变化规律。结合断口形貌和断口区域组织特征,对HPT变形试样的断裂行为进行了研究。结果表明:在RT-513 K区间,扭转0.5-4 t的HPT变形试样的抗拉强度(TS)均得到较大程度提升,其中在393 K、513 K扭转0.5 t的变形试样的伸长率(EL)同时得到较大程度改善,取得较好的强化与韧化效果。在RT扭转1 t的变形试样在不损失塑性的同时展示出本研究的最高TS值,TS值增至初始材料的156%,表现出穿晶断裂主导的混合断裂机制。

关键词： 2A12铝合金高压扭转力学性能强化韧化断裂机制

高压扭转大塑性变形Al–Mg合金中的晶界结构

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材料研究学报 2014年第5期28卷 371-379页

作者：蒋婷慧刘满平谢学锋王俊吴振杰刘强 Hans J.Roven 江苏大学材料科学与工程学院江苏省高端结构材料重点实验室镇江212013 挪威科技大学(NTNU)材料科学与工程学院

利用透射电镜和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了高压扭转大塑性变形纳米结构Al–Mg合金中的位错和晶界结构。结果表明:对尺寸小于100 nm的晶粒,晶内无位错,其晶界清晰平直;而尺寸大于200 nm的大晶粒通常由几个亚晶或位错胞结构组成,局部位... 详细信息

利用透射电镜和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了高压扭转大塑性变形纳米结构Al–Mg合金中的位错和晶界结构。结果表明:对尺寸小于100 nm的晶粒,晶内无位错,其晶界清晰平直;而尺寸大于200 nm的大晶粒通常由几个亚晶或位错胞结构组成,局部位错密度可高达1017m-2,这些位错往往以位错偶和位错环的形式出现。用HRTEM观察到了小角度及大角度非平衡晶界、小角度平衡晶界和大角度Σ9平衡晶界等不同的晶界结构。基于实验结果,分析了局部高密度位错、位错胞和非平衡晶界等在晶粒细化过程中的作用,提出了高压扭转Al–Mg合金的晶粒细化机制。

关键词：金属材料高压扭转大塑性变形铝合金晶界结构非平衡晶界位错

高压扭转对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金抗应力腐蚀性能影响

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稀有金属材料与工程 2019年第9期48卷 2981-2986页

作者：李萍吴广善魏学峰王薄笑天严思梁薛克敏合肥工业大学

在400℃下对铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行压强为1GPa的高压扭转和热处理实验,并利用金相显微镜、电化学工作站、慢应变速率拉伸机测试初始及变形试样的显微组织、电化学腐蚀性能及抗应力腐蚀性能。结果表明,高压扭转通过调控晶粒和第二... 详细信息

在400℃下对铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行压强为1GPa的高压扭转和热处理实验,并利用金相显微镜、电化学工作站、慢应变速率拉伸机测试初始及变形试样的显微组织、电化学腐蚀性能及抗应力腐蚀性能。结果表明,高压扭转通过调控晶粒和第二相的尺寸与分布,可以同时提升7系铝合金的抗拉强度和抗应力腐蚀性能。铸态合金由于晶界处团聚的粗大第二相持续腐蚀,导致明显的晶间腐蚀及较差的抗应力腐蚀性能。0.5圈变形后第二相破碎及含量减少导致试样腐蚀敏感性降低,同时晶粒细化能减小面滑移而增大均值滑移模式,使HPT变形后试样的抗应力腐蚀性能显著提升。2圈变形后试样为尺寸更加细小的均匀细晶组织,其均值滑移模式相比于0.5圈变形试样进一步增强,但在剧烈点蚀与应力集中的共同作用下,抗应力腐蚀性能略有降低。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金高压扭转电化学腐蚀抗应力腐蚀

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