非热处理强化铝合金强度模型的研究

发布时间：2017-09-14 20:03

  本文关键词：非热处理强化铝合金强度模型的研究

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【摘要】：Hall-Petch公式能够表征粗晶材料的晶界强化效应,但在纳米尺度下失效;现有的强度模型大多为各种强化机制加和的结果,形式复杂、参数众多,不能准确地反映金属的强度。本文提出了“晶界密度”的概念(单位面积晶界长度),旨在从组织缺陷的角度将晶界密度l与位错密度ρ统一起来,通过统一的“缺陷”来反映材料的强度,系统研究铝合金屈服强度与统一“缺陷”密度的定量关系。本文采用1060纯铝与不可热处理强化5A06铝合金作为实验材料,通过形变热处理工艺控制铝合金的微观结构参数,获得具备不同晶界密度、不同位错密度组织的铝合金试样;利用OM、TEM、EBSD和XRD表征试样的晶界密度、晶界取向差角和位错密度,并通过室温下的拉伸试验测试其力学性能;根据不同状态铝合金的组织性能关系分别建立起铝合金晶界密度、位错密度对屈服强度贡献的数学表达式;最后以现有理论为基础,分析位错密度与晶界密度的换算关系,并根据不同变形量冷轧态铝合金的组织参数和强度数据,结合晶界强化、位错强化模型,建立了铝合金的统一缺陷强化模型。铝合金冷轧再结晶退火OM分析显示,通过小变形量高温退火和大变形量低温退火可获得晶粒尺寸差异较大的铝合金试样;另外,力学性能测试表明铝合金的屈服强度随晶界密度的增大而增大,而其抗拉强度并无明显变化,数据拟合结果显示铝合金的屈服强度与l1/2呈线性关系变化。小变形量冷轧铝合金低温退火实验表明,冷轧态铝合金的强度在退火30min后出现明显的下降,延伸率有一定程度的提升。OM和EBSD结果显示退火过程中铝合金的晶粒形态、尺寸及大小角晶界比例均没有变化,而TEM下可观察到明显的位错回复现象。XRD半高峰宽的Williamson-Hall法分析结果表明冷轧-低温退火铝合金的屈服强度与ρ1/2呈线性关系。完全退火态铝合金不同变形量冷轧实验表明,冷轧变形态铝合金的强化现象是晶界强化与位错强化共同作用的结果,其强度模型可由两种机制的加和描述,即1/2 1/20s=s+K￠l+aGbr。以统一缺陷理论为基础,可推导出位错密度与晶界密度的定量关系r=2ml/p,根据此换算关系和变形铝合金的强度模型,建立了铝合金屈服强度与统一缺陷密度的定量关系()1/21/20s=s+ éK￠ p/ 2m +aGbùr? ?。
【关键词】：强度模型 晶界密度 位错密度 纯铝 5A06铝合金
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-29
• 1.1 课题背景及研究目的10-11
• 1.2 金属材料的强化机制11-16
• 1.2.1 晶界强化11-13
• 1.2.2 位错强化13-15
• 1.2.3 第二相强化15-16
• 1.2.4 固溶强化16
• 1.3 纳米晶体材料模型研究进展16-19
• 1.3.1 三叉晶界模型16-17
• 1.3.2 晶界原子扩散模型17
• 1.3.3 临界尺寸模型17-18
• 1.3.4 Kim复合模型18-19
• 1.4 金属材料强度模型研究进展19-27
• 1.4.1 合金强度模型的强化机制相加性19-22
• 1.4.2 SPD法制备超细晶合金强度模型22-27
• 1.5 本课题研究内容27-29
• 第2章 试验材料和试验方法29-33
• 2.1 试验材料29-30
• 2.2 冷轧工艺30
• 2.3 形变热处理工艺30
• 2.4 组织结构分析30-32
• 2.4.1 金相分析30-31
• 2.4.2 EBSD试验31
• 2.4.3 透射电镜观察31
• 2.4.4 X射线衍射分析31-32
• 2.5 力学性能测试32-33
• 第3章 铝合金强度与晶界密度关系的定量研究33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 冷轧再结晶退火态铝合金的组织表征33-38
• 3.2.1 冷轧再结晶退火态纯铝的晶粒形貌表征33-36
• 3.2.2 冷轧再结晶退火态 5A06 铝合金的晶粒形貌表征36-38
• 3.3 冷轧再结晶退火对铝合金力学性能的影响38-40
• 3.3.1 冷轧再结晶退火对纯铝力学性能的影响38-39
• 3.3.2 冷轧再结晶退火对 5A06 铝合金力学性能的影响39-40
• 3.4 铝合金屈服强度与晶界密度的定量关系40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 铝合金强度与位错密度关系的定量研究43-72
• 4.1 引言43
• 4.2 小变形量冷轧铝合金低温退火过程中的力学性能变化43-51
• 4.2.1 冷轧态纯铝低温退火过程的力学性能变化43-47
• 4.2.2 冷轧态 5A06 铝合金低温退火过程的力学性能变化47-51
• 4.3 小变形量冷轧铝合金低温退火过程中的组织演变51-69
• 4.3.1 冷轧态铝合金低温退火过程的晶粒形貌表征51-59
• 4.3.2 冷轧态铝合金低温退火过程的位错组态表征59-61
• 4.3.3 冷轧态铝合金低温退火过程的位错密度研究61-69
• 4.4 铝合金屈服强度与位错密度的定量关系69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第5章 铝合金缺陷强化模型的研究72-91
• 5.1 引言72
• 5.2 冷轧变形量对铝合金力学性能的影响72-74
• 5.2.1 不同冷轧变形量纯铝的力学性能变化72-73
• 5.2.2 不同冷轧变形量 5A06 铝合金的力学性能变化73-74
• 5.3 不同变形量冷轧态铝合金的组织表征74-85
• 5.3.1 不同变形量冷轧态铝合金的晶粒形貌表征74-78
• 5.3.2 不同变形量冷轧态铝合金的位错组态表征78-81
• 5.3.3 不同变形量冷轧态铝合金的位错密度研究81-85
• 5.4 冷轧态铝合金力学性能的分析讨论85-87
• 5.5 铝合金缺陷强化模型的建立87-89
• 5.6 本章小结89-91
• 结论91-92
• 参考文献92-97
• 致谢97

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本文编号：852029