纳米结构2024Al的强变形制备、结构及性能

论文摘要

开展组织结构与力学行为之间关系、高性能特别是高比强材料制备这两方面的创新研究，对材料科学理论的发展、材料组织结构的优化控制、材料制备技术的发展以及我国的国际军事地位、综合经济实力等都具有重大意义。本文以2024铝合金为试验材料，围绕着如何阐明材料组织结构与力学行为之间的关系、如何制备超高比强度良好塑性配合的金属材料，拟定的研究内容和取得的创新结果如下：（1）首次提出“固溶—变形—低温时效”这一创新技术路线，将强化固溶强化、形变强化、时效强化和晶界细化强化四者有机组合，制备出超高强良好塑性配合铝合金，其硬度、屈服强度、伸长率分别高达约191Hv、610 MPa和13％，开辟了一条具有巨大应用前景的制备超高强铝合金的新道路。（2）将多种理论结合，阐明了位错强化对材料强度的贡献。采用该理论的定量计算表明，强化固溶处理态2024铝合金在等通道转角变形（Equal-channel angularpressing，简称ECAP）过程中所引入的位错对其强度提升的贡献约占升高总强度的62.2％。（3）首次研究了“固溶—变形”技术路线制备的超高强铝合金的时效行为。发现了变形导致的时效动力学加速现象、变形对时效强化的有利影响及关键控制参数。（4）对“过时效-变形”路线制备的纳米结构2024铝合金的强化机理进行了定量研究。发现合金的屈服强度可描述为由位错强化、晶界强化、亚晶界强化和晶格摩擦应力四部分组成。该部分研究的创新之处在于：首次运用了亚晶界强化数学模型。（5）研究了超细亚晶粒2024铝合金在液氮温度压缩变形（liquid nitrogentemperature compress deformation，简称LNT-CD）下的响应行为。首先发现了超细亚晶粒材料在大变形下的低效率位错累积现象和快速动态回复现象，并首次阐明了其硬度提升的机理为新增累积位错导致的强化和动态回复引起的亚晶界角度增大而导致的强化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 制备块体纳米结构材料的目的
• 1.2.1 提高材料力学性能
• 1.2.2 提高材料的成型性能
• 1.3 利用强塑性变形制备块体纳米结构材料的方法
• 1.4 ECAP法
• 1.4.1 ECAP原理
• 1.4.2 ECAP工艺参数
• 1.4.3 ECAP超细晶形成机制
• 1.5 HPT法
• 1.6 MULTIM-RAMFORGING法
• 1.7 材料研究体系
• 1.8 本论文研究目标、内容
• 1.8.1 研究目标
• 1.8.2 研究内容
• 第二章 试验的装置、制备及研究方法
• 2.1 实验方案
• 2.2 试验所用的ECAP模具
• 2.3 试样材料的制备
• 2.4 预处理
• 2.5 强变形试验
• 2.5.1 ECAP试验
• 2.5.2 压缩变形试验
• 2.6 后处理
• 2.7 材料性能测试和显微组织分析
• 2.7.1 显微硬度测试
• 2.7.2 拉伸性能测试
• 2.7.3 显微组织分析
• 2.7.4 XRD物相分析
• 第三章 强化固溶-ECAP大变形制备超高强纳米结构铝合金及其强度提升机制研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果观测与分析
• 3.3.1 微观组织观测
• 3.3.2 显微硬度
• 3.3.3 拉伸性能
• 3.3.4 断口特征
• 3.3.5 XRD分析
• 3.3.6 强度提升机理研究
• 3.4 结论
• 第四章 强化固溶-ECAP加工态铝合金的时效行为
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果观测与分析
• 4.3.1 显微硬度
• 4.3.2 DSC分析
• 4.4 结论
• 第五章 过时效-ECAP大变形制备超细亚晶铝合金及其强化机理
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 结果观测与分析
• 5.3.1 微观组织
• 5.3.2 显微硬度
• 5.3.3 拉伸性能
• 5.3.4 XRD分析
• 5.4 强化机理
• 5.4.1 位错强化
• 5.4.2 高角度晶界强化
• 5.4.3 亚晶界强化（低角度晶界强化）
• 5.5 结论
• 第六章 液氮温度下压缩变形对过时效-ECAP加工态超细亚晶粒铝合金的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验
• 6.3 结果
• 6.3.1 对微观组织的影响
• 6.3.2 对显微硬度的影响
• 6.3.3 对XRD衍射结果的影响
• 6.3.4 对位错密度的影响
• 6.3.5 对亚晶界位向差的影响
• 6.4 结论
• 本文研究的总结
• 本文研究的创新点
• 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文（成果）