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

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal-channel angular pressing，簡(jiǎn)稱ECAP)法是一種大幅提升材料性能的強(qiáng)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(duì)制備得到的大應(yīng)變材料的微觀組織、力學(xué)性能及強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，所開(kāi)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(cuò)密度不變（都幾乎為0），強(qiáng)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(cuò)密度幾乎不變，強(qiáng)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(qiáng)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(cuò)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(cuò)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(cuò)密度略有提高，強(qiáng)度提高。說(shuō)明Al3Sc粒子阻礙了位錯(cuò)的長(zhǎng)距離滑移，

4、抑制了高角度晶界的生成，鋁鈧合金的強(qiáng)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(duì)純鋁在大應(yīng)變過(guò)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(cuò)，顯著提高了強(qiáng)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(cuò)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(qiáng)度提升機(jī)理。分別構(gòu)造了大應(yīng)變純鋁、鋁鈧合金以及鋁鎂合金強(qiáng)化機(jī)制的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)EBSD分析測(cè)出了材料內(nèi)部低角度晶界和高角度晶界的分布情況?；讦姚?MαGbρ1/2公式計(jì)算出位錯(cuò)強(qiáng)化;基于σLAGB=MαG√3b(1-f)-θLAGB/L公式計(jì)算出低角度晶界的強(qiáng)化貢獻(xiàn);基于Hall-Petch公式σHAGB=kH-P（f/L）1/2計(jì)算出高角度晶界的強(qiáng)化貢獻(xiàn);基于公式σsss=ACssP計(jì)算出固溶元素的強(qiáng)化貢獻(xiàn)。