累积叠轧焊法制备超细晶材料的组织与性能研究

论文摘要

累积叠轧焊是一种制备超细晶金属板材的新型剧烈塑性变形加工方法,金属板材通过循环累积叠轧的方法使金属材料获得超大压下量,从而实现材料在强加工下的良好结合,并细化金属组织,大幅度提高材料的性能。本研究利用1060工业纯铝进行累积叠轧焊实验,采用室温同向轧制(路径A)、室温逆向轧制(路径B)及热处理后同向轧制(路径C)等不同工艺路线,对比分析各种轧制工艺路径下的1060工业纯铝变形后的组织与性能变化。并对路径A试样进行热处理实验,分析热处理对超细晶工业纯铝组织与性能的影响。研究结果表明:三种轧制工艺路径均可实现细化晶粒、改善强度的目的。但路径A的晶粒细化效果比路径B的晶粒细化明显;ARB7道次后,采用路径A试样的显微组织由拉长的细小纤维状晶粒组成,路径B试样超细晶多为易获得扁平等轴晶。晶粒尺寸为:路径A是470nm,路径B是680nm。材料的抗拉强度、显微硬度、延伸率随轧制道次的增加,变化曲线趋势基本相同,但路径A试样的强度值最大,路径C试样的拉伸性能较好。路径A累积轧制5道次1060工业纯铝的综合力学性能较好,抗拉强度提高到210MPa是母材的2.41倍,显微硬度78.5HV是母材的2.2倍,延长率9.3%是母材的0.21倍。路径A的试样经150℃×1h热处理后,与室温比较,晶粒尺寸未发生明显的变化,且改善了材料层间界面的结合强度,使抗拉强度略有增加。路径A累积轧制5道次后试样在200℃以下×1h热处理时,显微组织处于回复阶段,晶粒尺寸在0.47μm～0.58μm范围内,机械性能稳定。论文也对累积叠轧焊材料界面复合和晶粒细化机理进行了初步探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超细晶粒材料的力学性能
• 1.2.1 超细晶材料与超塑性
• 1.2.2 Hall-Petch关系
• 1.3 超细晶材料制备方法
• 1.3.1 剧烈塑性变形制备超细晶材料的研究发展
• 1.3.2 剧烈塑性变形的加工方法
• 1.3.3 几种剧烈塑性变形方法的对比
• 1.3.4 剧烈塑性变形方法存在的问题
• 1.4 累积叠轧焊的概述
• 1.4.1 ARB的基本原理
• 1.4.2 ARB的工艺路线
• 1.4.3 ARB的工艺特点
• 1.4.4 ARB的影响因素
• 1.4.5 目前ARB技术存在的问题
• 1.5 本课题研究目的与意义
• 1.6 本章小结
• 2.累积叠轧焊实验研究方案
• 2.1 实验研究主要内容
• 2.2 实验方案设计
• 2.2.1 实验技术路线
• 2.3 实验影响因素分析
• 2.4 实验方法及设备
• 2.4.1 实验设备
• 2.4.2 轧制实验
• 2.4.3 热处理实验
• 2.5 分析检测设备与方法
• 2.5.1 分析检测设备
• 2.5.2 金相显微组织试样制备方法及观察
• 2.5.3 试样晶粒尺寸的测量方法
• 2.5.4 力学性能测试方法
• 2.5.5 维氏显微硬度的测量方法
• 2.5.6 断口扫描试样制备方法及观察
• 2.5.7 透射试样制备方法及观察
• 2.6 本章小结
• 3 1060工业纯铝ARB实验研究
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验方法与试样制备
• 3.2.1 室温下同向轧制
• 3.2.2 室温下逆向轧制
• 3.2.3 热处理后同向轧制
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 室温同向轧制显微组织分析
• 3.3.2 室温同向轧制力学性能分析
• 3.3.3 室温逆向轧制显微组织分析
• 3.3.4 室温逆向轧制力学性能分析
• 3.3.5 热处理与室温同向轧制机械性能分析
• 3.3.6 不同轧制工艺对比分析
• 3.4 热处理对试样影响
• 3.4.1 制定热处理方案
• 3.4.2 热处理对机械性能的影响
• 3.4.3 ARB5道次热处理后试样组织、性能的变化
• 3.4.4 室温下与热处理后ARB试样组织与性能对比分析
• 3.4.5 热处理对性能影响分析
• 3.5 本章小结
• 4 累积叠轧焊界面复合与细化机理探讨
• 4.1 累积叠轧焊界面复合特征及结合机理
• 4.1.1 ARB 1060工业纯铝界面结合特征
• 4.1.2 界面结合机理
• 4.1.3 轧制界面结合的特点
• 4.1.4 界面轧制焊接的影响因素
• 4.2 累积轧制过程中的剪切应变与细化机理
• 4.2.1 剪切应变
• 4.2.2 ARB晶粒细化机理研究
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间获奖及发表的论文