激光冲击超高应变率形变诱生的金属表层微结构/残余应力的形成机制及其稳定性研究
结题报告
批准号:
51574290
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
杨扬
依托单位:
学科分类:
E0414.材料冶金加工
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘胜胆、姜丽红、陈冀雄、陈亚东、王珍、陈星至、张华
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中文摘要
探索激光冲击强化(LSP)处理提高材料力学性能的物理本质及其优异性能的稳定性是当下学界的热点。本项目立足于多学科交融尤其是材料动态行为的视角,综合运用TEM/HREM、EBSD、SAXS、SWXRD等先进实验技术,对LSP超高应变速率变形过程中金属表层微结构/残余应力的特征及形成机制予以透视与剖析,揭示LSP处理后力学性能大幅提升的本质原因;基于“热-力”耦合的理念和方法,集成超高应变率形变、动态应变时效、动态析出、静态时效等的优势,实现沉淀相对位错/晶界“钉扎效应”的最大化,整体设计并力图发展出提高LSP诱生的特征微结构/残余应力稳定性技术原型;耦合实验和理论分析,揭示沉淀相的种类、尺寸、分布对“钉扎效应”的影响规律与机制,力图建立提高“稳定性”的原理。. 本项目的知识创新将丰富和发展材料动态行为、形变热处理等的理论知识,为探索开发LSP新技术提供实验和理论支撑。
英文摘要
Exploring of the physical essence of the excellent properties of materials processed by laser shock peening (LSP) and the exploration of the stability of their excellent performance are the research focuses in the current academic fields. . The micro/nano-structure evolution mechanism of the aluminum alloy surface in the process of ultra-high-strain-rate plastic deformation induced by LSP will be investigated based on multi-disciplinary blending especially on the perspectives of the dynamic behavior of materials. Advanced experimental techniques such as EBSD/SEM、TEM/HREM、SR-SAXS and SWXR will be comprehensively used in the present project.. A technique for stability of the microstructure/residual stress acquired by LSP will be designed and developed based on the thermal-mechanical coupling theory as well as method. The realization of the optimization of the dislocation/grain boundary pinning effect will be carried out based on the integration of the advantages of the ultra-high-strain-rate deformation, dynamic strain aging, dynamic precipitation, and static aging mechanisms. The influence of nano-precipitate’s types, sizes and distributions on the dislocation / grain boundary pining effect will be investigated by means of the theoretical/experimental coupling method.. The principle to improve the stability of the microstructure / residual stress induced by LSP will try to be developed, and then the useful references for the physical metallurgy of other thermo-mechanical treatment will be provided.
激光冲击强化(LSP)处理将在材料表层产生应变硬化和高幅度/深度的残余压应力,显著提升材料抗疲劳、抗应力腐蚀和耐磨损性能。本项目立足于多学科交融尤其是材料动态行为的视角,对LSP诱生表层微结构/残余应力的特征、演变机制及其热稳定性予以透视与剖析。主要结论如下:.(1)TC17钛合金经LSP处理后沿深度方向形成了梯度微观结构:距离表面越近,位错密度越高;由于近表面处应变速率太高难以发生孪生,孪晶密度越低;表层硬度呈梯度分布(最表面最高),晶粒细化及高密度位错和孪晶是其产生原因。.(2) LSP后,TC17钛合金最表面的晶粒尺寸由43μm瞬间细化至396nm,动力学定量计算表明是旋转动态再结晶的结果。.(3)退火温度不超过673K时晶粒发生均匀长大;而当退火温度超过673K时,最表面晶粒发生异常长大、近表面硬度值显著下降;673K是TC17钛合金LSP微结构显著变化的转折温度。.(4)2195铝锂合金LSP后,纳米化具备梯度变化特征,多次LSP冲击能使.表层纳米晶粒进一步细化但程度有限;动力学计算验证了LSP后的晶粒瞬间细化是旋转动态再结晶的结果。.(5)表层硬度呈梯度分布(最表面最高),一次LSP表面硬度提升29.5%,三次LSP提升36.8%;1次LSP后表面残余压应力为 -199 MPa,3次LSP后表面残余压应力达-266MPa。.(6)LSP过程中2195铝锂合金的析出相瞬间部分溶解。绝热温升、高密度位错为其提供了条件。.(7)在应力腐蚀环境中,残余压应力和晶粒细化表层的存在有效阻碍了裂纹萌生和扩展。.(8)三次LSP后表层晶粒显著长大温度为350℃,表面残余压应力释放和表面硬度减小临界温度为300℃;而单次LSP后对应的温度分别为300℃和250℃。.(9)LSP后的退火过程中,T1相的二次析出对微结构/性能的热稳定性有重要作用。. 已在国际著名学术刊物J.Alloy.Compd.、Opt.Laser.Tech.、Mater.Sci.Eng.A、J.Mater.Sci.、Mater.Charact.、Phil.Mag.、J.Mater.Res.、J.Mater.Eng.Perfor.等上公开发表论文30篇。. 本项目的知识创新将丰富和发展材料动态行为,为探索开发LSP新技术提供实验和理论支撑。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1007/s11661-016-3721-2
发表时间:2016-08
期刊:Metallurgical and Materials Transactions A
影响因子:--
作者:Yang Yang-Yang;Lihong Jiang;S. Luo;Haibo Hu;T. Tang;Qingming Zhang
通讯作者:Yang Yang-Yang;Lihong Jiang;S. Luo;Haibo Hu;T. Tang;Qingming Zhang
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.01.031
发表时间:2018
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Yang Yang;Wang Can;Chen Xingzhi;Hu Haibo;Chen Kaiguo;Fu Yanan
通讯作者:Fu Yanan
DOI:10.1016/j.msea.2016.04.002
发表时间:2016-05
期刊:Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing
影响因子:6.4
作者:Yang Yang-Yang;Lihong Jiang
通讯作者:Yang Yang-Yang;Lihong Jiang
DOI:10.1080/02670836.2020.1717084
发表时间:2020-02
期刊:Materials Science and Technology
影响因子:1.8
作者:Yang Yang-Yang;Xiaolong Lian;Junliang Wang
通讯作者:Yang Yang-Yang;Xiaolong Lian;Junliang Wang
Evolution of precipitates in ZK60 magnesium alloy during high strain rate deformation
ZK60镁合金高应变率变形过程中析出相的演变
DOI:10.1016/j.jallcom.2017.02.158
发表时间:2017-05
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Yang Yang;Zhen Wang;Lihong Jiang
通讯作者:Lihong Jiang
相界面对多相合金层裂行为的影响规律与机制
  • 批准号:
    2019JJ40381
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
多相合金层裂过程中的相界面效应
  • 批准号:
    51871243
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
延性金属动态拉伸断裂的微结构演化研究
  • 批准号:
    U1330126
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    88.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
动态多向塑性变形制备高强韧纳米结构铝合金的微/纳观机理及其热稳定性研究
  • 批准号:
    51274245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
绝热剪切断裂瞬间演变历程与绝热剪切敏感性评估研究
  • 批准号:
    50971134
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    38.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
高强铝合金绝热剪切带的损伤机理及自组织行为
  • 批准号:
    50671121
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    29.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
绝热剪切形变过程晶粒瞬间细化的微观机制
  • 批准号:
    50471059
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    杨扬
  • 依托单位:
国内基金
海外基金