纳米结构铝硅合金材料的制备与力学性能表征

论文摘要

进一步提高材料的强度是材料科学发展的动力之一，探讨和实现金属材料在更高强度下的强韧匹配，是当前国际上金属结构材料研究领域最活跃的研究方向之一，其中以纳米结构材料研究为主体。近年来在纳米结构材料的制备、微观结构表征、力学性能和变形机理等多方面都取得了令人瞩目的进展，通过各种途径制备的晶粒尺寸在亚微米级和纳米级的金属材料，其强度远高于传统结构材料，但其塑性很差。因此，如果能在保持纳米材料高强度的前提下，而设法提高其塑性，将为这类材料的应用开辟广阔的前景。本文使用加入1.0wt%硅的铝硅合金进行了超大应变冷轧变形，对变形后的材料进行了不同温度和时间的退火处理，运用电子通道衬度（ECC）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）和硬度测试研究了不同退火温度和时间下微观组织、织构和取向差的变化。并对退火得到的不同晶粒尺寸的材料进行了拉伸力学性能测试，探讨了加入第二相硅对铝硅合金力学性能的影响。主要研究结果如下：①通过超大应变冷轧塑性变形制备了组织均匀，层状位错界面间距为230nm的纳米结构铝硅合金材料。②铝硅合金变形组织中存在三类第二相硅颗粒，尺寸分别为5.7μm、0.65μm和16nm，硅颗粒的存在起到了稳定材料组织的作用。③纳米结构铝硅合金材料强度提高的同时，仍保持了较好的塑性，强度达到210MPa，延伸率达到15%。并且没有观察到其它纳米结构材料中出现的中温退火情况下的塑性失稳现象，Hall-Petch关系也没有观察到负偏离的出现。④纳米结构铝硅合金材料的应变速率敏感因子m值为0.04。应变速率大于1×10-2s-1时，出现了对应变速率敏感性钝化的现象；应变速率大于1×10-1s-1时，m值出现了负值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米结构材料及其制备方法
• 1.2.1 等通道角挤压
• 1.2.2 累积叠轧
• 1.2.3 高压旋转
• 1.3 纳米结构材料面临的问题与挑战
• 1.3.1 纳米结构材料的强度
• 1.3.2 纳米结构材料的塑性
• 1.3.3 纳米结构材料的屈服点现象
• 1.3.4 纳米结构材料的位错源强韧化理论
• 1.4 提高纳米结构材料塑性的途径
• 1.5 课题研究目的和内容
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 研究内容：
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验材料及制备
• 2.1.1 大形变量冷轧变形
• 2.1.2 大形变冷轧样品退火
• 2.1.3 样品制备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 微观组织分析
• 2.2.2 力学性能测试
• 2.3 本章小结
• 3 纳米结构铝硅合金材料的制备
• 3.1 超大塑性形变铝硅合金的形变与组织表征
• 3.1.1 形变微观组织表征
• 3.1.2 形变微观织构表征
• 3.2 超大塑性形变铝硅合金的退火与组织表征
• 3.2.1 硬度测量结果
• 3.2.2 退火过程中的动力学研究
• 3.2.3 退火过程中的再结晶激活能
• 3.2.4 退火过程中微观组织和织构的演变
• 3.3 本章小结
• 4 纳米结构铝硅合金的力学性能研究
• 4.1 同一应变速率下的力学性能测试
• 4.1.1 第二相粒子对铝硅合金力学性能的影响
• 4.1.2 Hall-Petch 关系
• 4.2 不同应变速率下的力学性能测试
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录