基于XRD线形宽化分析的Al-Zn-Mg-Cu合金塑性晶格各向异性研究

批准号:
51904099
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
蒋福林
依托单位:
学科分类:
E0414.材料冶金加工
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
不同晶面杨氏模量(或弹性张量)将引起晶格弹塑性变形的各向异性,进而显著影响多晶体金属塑性变形过程的位错演变、织构变化和加工硬化行为。由于受现有实验研究方法的限制,目前的研究主要集中在弹塑性自洽模型和晶体塑性有限元模拟等方面,还无法突破析出强化型铝合金塑性晶格各向异性行为实验研究的技术瓶颈。因此,本项目拟运用申请人最新提出的X射线衍射(XRD)线形宽化改良分析方法,并结合电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)和电阻率测量等定性、定量表征技术,研究Al-Zn-Mg-Cu合金中析出相特征对塑性变形过程晶格各向异性行为的影响,探究具有不同析出相特征的合金中位错演变、织构与晶格各向异性的交互作用机制;基于实验和模型分析,揭示塑性晶格各向异性对合金加工硬化行为的影响机理,为深入理解析出强化型铝合金弹塑性转变及加工硬化机理提供新的理论依据,同时拓展XRD线形宽化分析的应用理论基础。
英文摘要
The Young's modulus of different crystal planes (or elastic tensor) will result in the anisotropy of lattice elastic-plastic deformation, which will significantly affect the dislocation evolution, texture development and work hardening behavior of polycrystalline metals during plastic deformation. Due to the limitations of existing techniques and approaches for experimental investigation, the current researches focus on elastoplastic self-consistent model and crystal plasticity finite element simulation. It did not overcome the technical circumstances in the experimental studies of plastic lattice anisotropy of precipitation-strengthened Al alloy yet. Therefore, the present project will employ the improved X-ray diffraction (XRD) line profile breadth analysis approach proposed by the applicant recently and the qualitative and quantitative characterization techniques, for instance electron backscatter diffraction (EBSD), transmission electron microscopy (TEM) and electrical resistivity measurement. The influences of precipitate characteristics on plastic lattice anisotropy behaviors during plastic deformation are to be studied in Al-Zn-Mg-Cu alloy accordingly. The interaction mechanisms among dislocation evolution, texture and plastic lattice anisotropy in Al-Zn-Mg-Cu alloy with different precipitate characteristics will also be investigated. Then, the influence mechanisms of plastic lattice anisotropy on strain hardening are to be revealed by means of experimental and model analyses. This program will provide new theoretical knowledge for the in-depth understanding of elastic-plastic transformation and strain hardening mechanisms in precipitation-strengthened Al alloys. Further, the fundamental theory for the application of XRD line profile breadth analysis approach is also to be extended.
Al-Zn-Mg-Cu(7xxx 系)合金是航空航天及交通运输等高技术领域的关键结构材料,作为典型的析出强化型铝合金,不同尺寸、分布和类型等特征的析出相粒子对其力学性能起决定性作用,而有关析出相特征对塑性晶格各向异性行为及加工硬化机理等基础性研究工作还不系统。本项目研究期间,提出了一种XRD线形宽化改良分析新方法,并系统开展了Al-Zn-Mg-Cu合金中析出相特征对塑性变形过程晶格各向异性行为影响及其对合金加工硬化作用机理的研究,主要研究成果包括:探究了引起应变各向异性的本质原因,进而提出了一种定量表征金属材料位错密度的X射线衍射线形宽化改良分析方法,并通过实验证实该改良分析方法可以获得更可靠性的分析结果;发现不同析出相特征对Al-Zn-Mg-Cu(7085铝)合金加工硬化行为具有显著影响,合金试样的屈服强度随时效时间的增加而提高,最大值539MPa,随着时效时间进一步延长,η’相粗化形成η相,析出相密度下降,对材料的强化作用下降,塑性有一定回升。经过三级时效处理后,应变硬化率θ 不断下降;在人工时效样品加工硬化过程中观察到了典型的位错绕过、切过机制,随着应变量的增大,位错逐渐增殖且变得不均匀,而析出相的特征显著影响位错分布特征和增殖速度,细小均匀的纳米析出有利于均匀位错分布的形成。而在自然时效试样中,位错密度更高,位错线长且没有固定的排序,展现出特殊的滑移行为。与此同时发现具有不同析出相特征的Al-Zn-Mg-Cu合金在塑性变形过程晶格各向异性行为各自的演变规律,发现较高的塑性晶格各向异性有利于提升合金的强度;最后分析了不同Zn/Mg原子比对溶质原子团簇行为的影响规律,揭示了初始溶质团簇的形成对位错运动的影响机制。相关研究成果有利于更深入地理解析出强化型铝合金弹塑性转变及加工硬化机理,并提供更充实的理论依据,同时拓展了XRD线形宽化分析的应用理论基础。
期刊论文列表
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专利列表
Experimental and modeling investigations of the non-isothermal and isothermal precipitations in an Al-Cu-Mg-Zr alloy with various pre-precipitation microstructures
具有各种预沉淀微观结构的 Al-Cu-Mg-Zr 合金中非等温和等温沉淀的实验和模型研究
DOI:10.1016/j.matdes.2022.110640
发表时间:2022-04-19
期刊:MATERIALS & DESIGN
影响因子:8.4
作者:Bo, Guowei;Wang, Yinlu;Zhang, Hui
通讯作者:Zhang, Hui
Strain anisotropy models for refined diffraction line profile analysis in cubic metals
用于立方金属精细衍射线轮廓分析的应变各向异性模型
DOI:10.1016/s1003-6326(20)65363-8
发表时间:2020
期刊:Transactions of Nonferrous Metals Society of China
影响因子:4.5
作者:Xiang Dai;Fulin Jiang;Jin Liu;Luoyi Wu;Dingfa Fu;Jie Teng;Hui Zhang
通讯作者:Hui Zhang
Kinematical barriers enhanced dislocation strengthening mechanisms in cold-worked austenitic steels
运动障碍增强了冷加工奥氏体钢的位错强化机制
DOI:10.1016/j.scriptamat.2022.115237
发表时间:2023-03
期刊:Scripta Materialia
影响因子:6
作者:Tian Zhang;Jie Tang;Shudong He;Fulin Jiang;Dingfa Fu;Jie Teng;Jian Wang
通讯作者:Jian Wang
Microstructural characteristics and deformation behaviors of an Al–Mg–Si alloy with improved strength and conductivity processed by continuous casting and expansion extrusion
连铸扩挤压Al-Mg-Si合金的显微组织特征及变形行为
DOI:10.1016/j.jmrt.2022.11.156
发表时间:2023-01
期刊:Journal of Materials Research and Technology
影响因子:--
作者:Zeye Chen;Ruiqing Lu;Shuwei Zheng;Jie Tang;Fulin Jiang;Lei Deng;Liang Huang;Jie Teng
通讯作者:Jie Teng
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.11.156
发表时间:2022
期刊:Journal of Materials Research and Technology
影响因子:--
作者:Zeye Chen;Ruiqing Lu;Shuwei Zheng;Jie Tang;Fulin Jiang;Lei Deng;Liang Huang;Jie Teng
通讯作者:Jie Teng
奥氏体钢位错与运动型障碍物协同强韧化机理及调控基础研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:蒋福林
- 依托单位:
塑性变形方式对高锰TWIP钢晶格各向异性的影响及其强化机理研究
- 批准号:2020JJ5062
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:蒋福林
- 依托单位:
国内基金
海外基金
