等通道轉(zhuǎn)角及壓縮大應(yīng)變鋁材的組織、性能及強化機理.pdf

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal-channel angular pressing，簡稱ECAP)法是一種大幅提升材料性能的強烈塑性變形法，可以細(xì)化晶粒尺寸以及調(diào)控晶體取向，從而制取超細(xì)晶甚至納米結(jié)構(gòu)材料。本文以工件間推擠式ECAP大應(yīng)變技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合壓縮大應(yīng)變以及后續(xù)退火熱處理，對制備得到的大應(yīng)變材料的微觀組織、力學(xué)性能及強化機理進行了較為系統(tǒng)的研究，所開展的工作及取得的創(chuàng)新成果如下:
　　(1)研究了ECAP及壓縮大應(yīng)變純鋁的組織

2、與性能。結(jié)果表明，鍛造及后續(xù)退火處理態(tài)純鋁經(jīng)ECAP大應(yīng)變加工后，平均晶粒尺寸減小，低角度晶界(取向差為1°-15°)減少，高角度晶界（取向差＞15°）增多，晶體取向顯著降低，位錯密度不變（都幾乎為0），強度與硬度顯著提高。隨后的壓縮大應(yīng)變加工增加了晶粒尺寸，減少了低角度晶界的比例，位錯密度幾乎不變，強度略有下降。證明大應(yīng)變加工并非一直改善材料的組織與提高力學(xué)性能。
　　(2)研究了ECAP及壓縮大應(yīng)變鋁鈧合金的組織與性能。結(jié)果表

3、明，鍛造及后續(xù)退火處理態(tài)鋁鈧合金經(jīng)ECAP大應(yīng)變加工后，其組織與力學(xué)性能的變化規(guī)律與純鋁類似，即平均晶粒尺寸減小，低角度晶界減少，高角度晶界增多，晶體取向顯著降低，強度與硬度顯著提高。所不同的是，Al3Sc粒子的存在使其與純鋁相比位錯密度提高。低角度晶界數(shù)量減少是由于晶內(nèi)的Al3Sc粒子將部分位錯釘扎在晶內(nèi)所致。與純鋁不同，隨后的壓縮大應(yīng)變加工增加了低角度晶界的比例，位錯密度略有提高，強度提高。說明Al3Sc粒子阻礙了位錯的長距離滑移，

4、抑制了高角度晶界的生成，鋁鈧合金的強度普遍高于純鋁。
　　(3)研究了ECAP及壓縮大應(yīng)變鋁鎂合金的組織與性能。結(jié)果表明，固溶鎂元素對純鋁在大應(yīng)變過程中的組織與力學(xué)性能有顯著影響。鍛造及后續(xù)退火處理態(tài)鋁鎂合金經(jīng)ECAP大應(yīng)變加工后，其組織與力學(xué)性能與純鋁和鋁鈧合金類似，所不同的是，固溶鎂元素有效地釘扎了位錯，顯著提高了強度。后續(xù)的壓縮大應(yīng)變加工使低角度晶界略有減少，位錯密度略有增加，平均晶粒尺寸顯著降低。
　　(4)研究了大

5、應(yīng)變工業(yè)純鋁和鋁合金的強度提升機理。分別構(gòu)造了大應(yīng)變純鋁、鋁鈧合金以及鋁鎂合金強化機制的數(shù)學(xué)模型。通過EBSD分析測出了材料內(nèi)部低角度晶界和高角度晶界的分布情況。基于σρ=MαGbρ1/2公式計算出位錯強化;基于σLAGB=MαG√3b(1-f)-θLAGB/L公式計算出低角度晶界的強化貢獻;基于Hall-Petch公式σHAGB=kH-P（f/L）1/2計算出高角度晶界的強化貢獻;基于公式σsss=ACssP計算出固溶元素的強化貢獻。