轧制工业纯铝晶粒细化及力学性能研究

论文摘要

超细晶（晶粒尺寸0.1～1μm）材料相对于传统粗晶材料具有优异的物理、力学性能,是材料领域的研究热点之一,具有很好的应用前景。轧制作为大塑性变形技术的一种,具有较强的细化晶粒的能力。本文对超细晶材料、大塑性变形技术、轧制方法进行了介绍,并对轧制方法制备超细晶纯铝做了较为细致的研究。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、室温拉伸实验和显微硬度实验等分析测试手段,对大塑性变形轧制后获得的超细晶纯铝的力学性能和微观结构进行了研究。分析了不同变形量和不同轧制方向条件下制备的纯铝试样的力学性能的差异,同时对轧制后纯铝试样进行了退火研究,分析了变形量、退火温度和退火时间对材料力学性能的影响,观察和分析了超细晶纯铝退火强化现象,研究了其最佳工艺参数,从而初步判断超细晶纯铝退火强化的本质。研究结果表明：1.不同的轧制变形量下得到的纯铝试样的晶粒尺寸不同,随着变形量的增大,晶粒不断细化。3mm轧制试样的晶粒尺寸约为900nm,1mm轧制试样的晶粒尺寸约为500nm。2.对1mm轧制试样进行了150℃,30min退火处理,发现退火后纯铝试样的屈服强度比退火前有显著提高,而延伸率下降,出现退火强化现象。从轧制变形量,退火时间和退火温度三个方面考察纯铝试样退火强化的最佳工艺参数,研究发现：1)随着轧制变形量的减小,强化程度逐渐减小,1mm轧制试样较3mm轧制试样退火强化效果明显；2)对1mm轧制试样在150℃下退火5min至120min,试样由退火（5min-60min）强化向退火（60min-120min）软化转变,在此温度下最优退火时间为退火30min；3)对1mm轧制试样在150℃下250℃之间退火30min,试样由退火强化（150℃）向退火软化（250℃）转变,在此退火时间下,最优退火温度为150℃。3.相同变形量而不同轧制方向下制备出的3mm双向轧制试样与3mm轧制试样力学性能存在差异,后者的强度更高。4.对3mm双向轧制试样在150℃和200℃分别进行5min至120min之间的退火处理,发现试样不同程度的由退火强化向退火软化转变。当退火时间一定时,随着温度的升高,试样的强度和硬度发生明显下降。5.对初始纯铝试样进行累积叠轧,经过叠轧后试样强度明显增加,延伸率明显下降

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 超细晶材料概述
• 1.2 超细晶材料的制备
• 1.2.1 惰性气体蒸发冷凝法（Inert gas condensation,IGC）
• 1.2.2 机械研磨法（Mechanical attrition,MA）
• 1.2.3 电沉积法（Electro-deposition,ED）
• 1.2.4 剧烈塑性变形法（Severe plastic deformation,SPD）
• 1.2.4.1 等通道转角挤压工艺
• 1.2.4.2 高压扭转工艺
• 1.2.4.3 累积叠轧工艺
• 1.2.4.4 多向锻造工艺
• 1.2.5 冷轧法
• 1.3 超细晶材料的组织特征
• 1.4 超细晶材料的力学性能
• 1.4.1 冷轧超细晶铜的退火强化
• 1.4.2 超细晶/纳米材料的强度与延性
• 1.4.3 表面纳米化的摩擦磨损
• 1.5 本课题研究的意义与内容
• 第2章 实验方法和实验过程
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 冷轧工艺
• 2.2.2 累积叠轧工艺
• 2.2.3 退火处理
• 2.3 力学性能测试
• 2.3.1 硬度测试
• 2.3.2 拉伸性能测试
• 2.4 微观组织观察
• 2.4.1 扫描电镜
• 2.4.2 透射电子显微镜
• 第3章 冷轧工业纯铝的力学性能及退火强化
• 3.1 变形量对纯铝试样力学性能的影响
• 3.1.1 单向拉伸实验
• 3.1.2 硬度分析
• 3.1.3 显微组织分析
• 3.1.4 拉伸断口形貌分析
• 3.2 冷轧工业纯铝的退火强化现象
• 3.2.1 1mmCR纯铝试样在150℃下30min的力学行为
• 3.2.2 退火强化工艺的选择
• 3.2.2.1 变形量对冷轧工业纯铝退火强化的影响
• 3.2.2.2 退火时间对冷轧工业纯铝退火强化的影响
• 3.2.2.3 退火温度对冷轧工业纯铝下退火强化的影响
• 3.3 退火强化机理的分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 不同轧制方向冷轧工业纯铝的力学性能
• 4.1 不同变形量对纯铝试样力学性能的影响
• 4.2 相同变形量下不同轧制方向的纯铝试样力学性能分析
• 90纯铝试样在不同温度下退火处理的力学行为'>4.3 3mmCR9⁹⁰纯铝试样在不同温度下退火处理的力学行为
• 90纯铝试样在150℃退火不同时间的力学行为'>4.3.1 3mmCR⁹⁰纯铝试样在150℃退火不同时间的力学行为
• 90纯铝试样在200℃退火不同时间的力学行为'>4.3.2 3mmCR⁹⁰纯铝试样在200℃退火不同时间的力学行为
• 4.4 初始纯铝试样累积叠轧后的力学行为
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢