鋁合金中Portevin-Le Chatelier效應(yīng)的多尺度實(shí)驗(yàn)和機(jī)理研究.pdf

1、Portevin-Le Chatelier(PLC)效應(yīng)是合金材料在一定的應(yīng)變率、溫度或合適的預(yù)變形下所出現(xiàn)的特殊失穩(wěn)現(xiàn)象。它表現(xiàn)為時(shí)域上的鋸齒形應(yīng)力屈服和空域上的應(yīng)變局域化。對(duì)PLC效應(yīng)的微觀解釋，目前被廣泛接受的是動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效(dynamic strain aging，DSA)理論，即可動(dòng)位錯(cuò)與溶質(zhì)原子之間動(dòng)態(tài)的交互作用。PLC效應(yīng)作為一個(gè)橫跨宏觀變形帶、細(xì)觀晶粒變形、微觀位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的多尺度問(wèn)題，長(zhǎng)期得到學(xué)術(shù)界重視。鋁合金以其較高的強(qiáng)

2、度質(zhì)量比、良好的耐腐蝕性等一系列優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。但其在室溫變形時(shí)的PLC效應(yīng)卻嚴(yán)重地降低了材料的可加工成形性能。因此，開(kāi)展鋁合金PLC效應(yīng)的多尺度實(shí)驗(yàn)和機(jī)理研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文首先基于數(shù)字散斑干涉法系統(tǒng)研究了Al-Mg合金和Al-Cu合金中的PLC效應(yīng)，分析了加載應(yīng)變率、試驗(yàn)溫度、熱處理方式、合金成分等條件對(duì)PLC效應(yīng)的影響，并結(jié)合DSA微觀機(jī)制，對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行了定性的解釋。這

3、部分工作側(cè)重應(yīng)力場(chǎng)的研究。接著借助紅外測(cè)溫法重點(diǎn)研究了Al-Mg合金中PLC效應(yīng)的空域行為，討論了PLC效應(yīng)不同的溫升模式，分析了帶的傾角轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，并計(jì)算了帶形成時(shí)帶內(nèi)的應(yīng)變率及變形量。這部分工作側(cè)重溫度場(chǎng)的研究。然后使用透射電子顯微鏡觀測(cè)了析出相的形貌、成分及其在不同情況下的分布形態(tài)，考察了隨著應(yīng)變的增加位錯(cuò)的增殖和演化過(guò)程，并探討了位錯(cuò)與析出相的相互作用形式。最后綜合宏觀與微觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了基于析出相與溶質(zhì)原子共同作用的廣義管擴(kuò)

4、散動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效機(jī)制。
　　 在PLC效應(yīng)的時(shí)域行為方面，研究了應(yīng)力跌落幅值、重加載時(shí)間和臨界應(yīng)變隨應(yīng)變率、試驗(yàn)溫度、退火溫度、淬火溫度、時(shí)效、合金成分等參數(shù)的演化規(guī)律。應(yīng)力跌幅的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，隨著應(yīng)變率的減小、試驗(yàn)溫度的升高或者Al-Mg合金中Mg含量的增加，PLC效應(yīng)出現(xiàn)了從自組織臨界性向混沌的轉(zhuǎn)變行為。通過(guò)對(duì)淬火實(shí)驗(yàn)和合金成分實(shí)驗(yàn)各時(shí)域特征量的分析，發(fā)現(xiàn)析出相在PLC效應(yīng)中也起到了重要作用。進(jìn)一步的低溫實(shí)驗(yàn)表明，沒(méi)有溶質(zhì)

5、原子的參與，僅有析出相不能產(chǎn)生PLC效應(yīng)。
　　 在PLC效應(yīng)的空域行為方面，基于實(shí)驗(yàn)獲得的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，分析了三類PLC帶的形成與演化過(guò)程，求得了局域變形帶的帶寬、傾角、傳播速度等特征參數(shù)；發(fā)現(xiàn)了PLC效應(yīng)的兩種溫升模式，并確定了帶發(fā)生傾角轉(zhuǎn)向的位置；實(shí)驗(yàn)和計(jì)算都表明，A類型帶形成時(shí)不存在帶外收縮，而B(niǎo)、C類型帶形成時(shí)帶外存在收縮變形，由此首次提出了將是否存在帶外收縮作為定量劃分PLC效應(yīng)A、B類型帶的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 在微

6、觀實(shí)驗(yàn)方面，通過(guò)透射電鏡和能譜分析儀觀測(cè)了析出相的形貌和成分；使用透射電鏡驗(yàn)證了討論淬火溫度和合金成分的影響時(shí)對(duì)析出相含量的推斷；顯微觀察發(fā)現(xiàn)，隨著塑性變形的增加，位錯(cuò)密度逐漸增大，其形態(tài)從散布、纏結(jié)演化為胞狀結(jié)構(gòu)，這驗(yàn)證了位錯(cuò)的增殖機(jī)制；在正在發(fā)生PLC效應(yīng)的試件中觀察到可動(dòng)位錯(cuò)與析出相相互作用的現(xiàn)象，說(shuō)明析出相也參與了動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效過(guò)程。
　　 在機(jī)理研究方面，基于宏觀實(shí)驗(yàn)分析和顯微觀測(cè)結(jié)果，綜合考慮溶質(zhì)原子和析出相兩個(gè)方面的