金属热压剪变形行为及动态组织演变机制研究

发布时间：2020-09-25 19:25

　　金属及合金的高温流变行为及动态组织演变机制一直是金属热变形研究领域中的热点问题,也是制定热变形加工工艺及组织调控的理论依据。热拉伸、热压缩和热扭转等热-力物理模拟技术是研究上述问题中广泛采用的实验方法。然而,这些方法不能满足对某些实际加工过程中复合应力和应变状态物理模拟的需要。本文以7050铝合金和Fe-38Mn合金作为典型模型材料,采用一种新型“压剪试样”进行热物理模拟。在详细了解热压剪变形规律的前提下,探讨两种金属的热压剪流变行为及动态组织演变机制。同时,在上述研究基础上,探究搅拌摩擦加工中的多向剪切变形对组织细化的影响,进而揭示搅拌摩擦加工中的组织演化机制。对热压剪变形的数值模拟研究表明:变形主要集中在试样窄缝区,且中心区域变形均匀,窄缝与圆柱端过渡区存在应力集中现象。变形初期以轴向压缩变形为主,变形中期,由于剪切变形的急剧增加,变形转为压缩变形与剪切变形同时存在的复合变形,而变形后期,由于轴向压缩变形达到极限,变形主要以剪切变形为主。对热变形激活能研究表明:7050铝合金热变形激活能随着变形温度和应变速率的升高而降低,且其热变形激活能高于单轴变形方式下的热变形激活能。同时,基于经典及优化的双曲正弦关系构建了两种模型材料的本构方程,并证实优化的双曲正弦关系更适合于分析热压剪变形。对7050铝合金热压剪流变行为及动态组织演变机制的研究表明:7050铝合金热压剪变形流变行为,因变形中期的压缩-剪切复合变形作用曲线出现“平台”,而变形后期在剪切局域化影响下呈下降趋势。7050铝合金热压剪变形组织以典型的剪切带为特征,且其动态再结晶是具有几何特征的连续动态再结晶。同时,随着变形温度和应变速率的提高,动态再结晶程度提高。对Fe-38Mn合金热压剪流变行为及动态组织演变机制的研究表明:Fe-38Mn合金热压剪流变行为表现为持续加工硬化特征,大应变复合变形诱导产生孪晶与位错的相互作用,导致加工硬化率提高。Fe-38Mn合金热压剪变形的动态组织演变机制包括动态再结晶机制、微剪切带机制和孪生机制。同时,在强烈的剪切变形作用下,特殊的“台阶”结构孪晶界及形变孪晶为组织细化提供有利条件。此外,对Fe-38Mn合金热压剪物理模拟组织和实际搅拌摩擦加工组织进行对比分析发现,Fe-38Mn合金搅拌摩擦加工的组织细化是动态再结晶机制与孪生机制共同作用的结果。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.21;TG141;TG306
【部分图文】：

示意图,热变形,流变曲线,金属

图 1-1 金属传统热变形典型流变曲线示意图ematic representation of the typical flow curves of the metals during traddeformation.变曲线变化特征(或流变行为)可作为金属热变形过程中加工判据，但金属在热变形过程中组织到底发生了何种变化，进行验证，从而明确金属在热变形过程中的组织演变过程何种组织或机制导致金属发生加工硬化，又是何种组织或动态软化中动态再结晶又有什么特殊性等科学问题。这也之一。热变形过程中的再结晶机制0 年开始，通过热机械过程对显微结构调控和晶粒细化的方具工程意义和科学价值[84]。对于晶粒/组织细化，最成熟的

照片,弓出,组织特征,形核

第 1 章绪论- 9 -图1-2 金属热变形dDRX晶粒“弓出”形核典型组织特征[93-95](a)铜在450 ℃, 10-3s-1压缩，应变为0.2的取向成像图，其中黑色线、灰色线和黄色线分别代表大角度晶界、小角度晶界和孪晶界[93](b)奥氏体钢800H合金在1100 ℃, 10-1s-1压缩，应变为0.21的TEM组织照片[94](c)“项链状”组织[95]Fig. 1-2 Typical microstructure characteristics of dDRX grains nucleated at grain boundaries bybulging during hot deformation of metals[93-95]:(a) Orientation imaging microscopy (OIM) map of copper compressed with strain of 0.2 at 450 ℃, 10-3s-1, therein black, grey and yellow lines represent high angle grain boundaries, low angle grainboundaries and twin boundaries, respectively[93](b) TEM map of austenitic steel “Alloy 800H” compressed with strain of 0.21 at 1100 ℃, 10-1s-1[94](c) Necklace-like microstructure[95]但是，对于高层错能金属，通过提高传统热变形中的应变速率或采用非传统热(c)(a)(b)

流变曲线,晶粒形成,成像

第 1 章绪论出现“项链状”组织特征并不能作为判断是否出现dDRX的依据，还需根据合金体系及变形条件进行详细分析。此外，cDRX机制的热变形过程中，cDRX组织形成过程与加工硬化过程同时存在，相互竞争保持平衡状态，因此流变曲线多为动态回复型或不明显的单峰动态再结晶型[83, 110-113]，但组织已发生明显细化。所以，流变行为只能作为金属热变形硬化/软化机制的简单判据，确切的硬化/软化机制还需通过对微观组织进行分析后确定。动态再结晶晶粒初始晶界

【参考文献】