本文選題：強變形 + 熱處理�。� 參考：《燕山大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：強變形技術(shù)通過對金屬材料在外力作用下進行強烈的塑性變形,使其處于高能量狀態(tài),這為調(diào)控材料的微結(jié)構(gòu)提供很大空間;經(jīng)過后續(xù)的熱處理來釋放能量,可能獲得具有特殊微結(jié)構(gòu)低能量狀態(tài)材料,并呈現(xiàn)出與未經(jīng)過強變形加工完全不同的結(jié)構(gòu)與更加優(yōu)異的性能。然而,針對不同的材料體系需要采用不同的強變形技術(shù)及后續(xù)的不同的熱處理工藝。本文以SmCo/a-(Fe,Co)納米復(fù)合永磁材料、TiZrAlV合金以及TiNi形狀記憶合金為研究對象,分別采用高能球磨、多道次軋制和電塑性軋制三種不同的強變形工藝以及后續(xù)的熱處理和拉伸等方式,分別獲得了雙相納米晶、多相多尺度結(jié)構(gòu)以及單相納米晶材料,采用X射線衍射分析(XRD)、透射電子顯微分析(TEM)、差示掃描量熱分析(DSC)以及微力拉伸試驗機(Instron 5948)等技術(shù),深入研究三種材料在強變形及后續(xù)熱處理和拉伸等過程中微結(jié)構(gòu)的演變,并針對不同材料分別探討其納米晶形成機制、力學(xué)性能和變形機制。采用高能球磨技術(shù)制備了兩種不同軟磁相成分的部分晶化非晶合金SmCo/Fe和SmCo/FeCo,針對SmCo/Fe合金研究了球磨時間對其微結(jié)構(gòu)和磁性能的影響,結(jié)果表明高能球磨過程不僅將SmCo5粉末轉(zhuǎn)變成非晶合金,還改變了軟磁相的成分。探討了熱退火過程中的兩種成分非晶合金中硬磁相的演變過程,對于SmCo/Fe非晶合金,在退火溫度上升到700℃的過程中,首先SmCo5相和SmCo7相從非晶基體中順序析出,然后SmCo5相在一個較高的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)镾mCo7相。SmCo/FeCo非晶合金具有完全不同的相變過程,在退火溫度上升到700℃的過程中,只有SmCo7相析出。進一步研究了SmCo/FeCo非晶合金的形核與生長激活能和生長激活體積,結(jié)果表明,預(yù)存的α-(Fe,Co)的生長激活能小于新生成的SmCo7納米晶的形核與生長激活能,揭示了在Sm Co7/α-(Fe,Co)納米復(fù)合永磁材料中軟磁相晶粒容易長大的原因;α-(Fe,Co)和SmCo7的生長激活體積分別為ΔVg*=0.67Ω和ΔVg*=0.99Ω(Ω為部分晶化非晶合金的平均原子體積),結(jié)果表明α-(Fe,Co)和SmCo7的生長過程是受熱空位輔助擴散實現(xiàn)的。采用多道次軋制強變形工藝并結(jié)合再結(jié)晶退火和兩步時效處理制備出具有多相多尺度的四元TiZrAlV合金,同時獲得了高的強度(~1548MPa)和塑性(~6.6%)。研究了經(jīng)過多道次軋制和未經(jīng)過多道次軋制的TiZrAlV合金分別采用相同熱處理方式的微結(jié)構(gòu)演變過程,結(jié)果表明經(jīng)過多道次軋制存儲變形能來提高再結(jié)晶的形核率和促進相變,從而細化β晶粒和析出高密度α和α″板條是形成多相多尺度結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。研究了該合金的摩擦磨損特性,結(jié)果顯示其在真空狀態(tài)的下的耐磨性有了顯著提高,耐磨性的提高歸因于合金形成多相多尺度結(jié)構(gòu),同時提高了強度和塑性。采用電塑性軋制這一強變形工藝和熱退火制備出前驅(qū)物,再通過室溫拉伸工藝誘導(dǎo)應(yīng)力驅(qū)動的馬氏體相變,在室溫下成功制備了晶粒尺寸低于臨界值(20nm)的單相納米晶Ti Ni合金。研究了樣品在經(jīng)過電塑性軋制和熱退火工藝過程的微結(jié)構(gòu)演變,結(jié)果表明熱退火溫度越低,采用室溫拉伸誘導(dǎo)馬氏體相變就越困難。進一步通過研究在不同應(yīng)力狀態(tài)下的微結(jié)構(gòu)演變揭示了一種與應(yīng)力有關(guān)的變形行為:隨著應(yīng)力的增加,納米晶TiNi合金的變形機制從晶界的滑動和晶粒的轉(zhuǎn)動逐漸演變?yōu)榫Я５拈L大并且位錯的激活。它對低于臨界尺寸的納米晶材料的變形機制提出了一種新的見解:采用機械驅(qū)動晶粒生長和激活位錯運動的思路來提高納米晶材料的塑性。
[Abstract]:The strong deformation of the metal material under external force is made by strong deformation technology, which makes it in high energy state, which provides great space for the micro structure of the material. After the subsequent heat treatment to release the energy, it is possible to obtain the material with special microstructure and low energy state, and present it with no strong deformation processing completely. Different structures and excellent properties are different. However, different strong deformation techniques and subsequent heat treatment processes are required for different material systems. In this paper, SmCo/a- (Fe, Co) nanocomposite permanent magnetic materials, TiZrAlV alloys and TiNi shape memory alloys are studied by high energy ball milling, multipass rolling and electricity, respectively. Three different strong deformation processes of plastic rolling and subsequent heat treatment and stretching were obtained. The two phase nanocrystals, multiphase multiscale structures and single-phase nanocrystalline materials were obtained respectively. X ray diffraction analysis (XRD), transmission electron microanalysis (TEM), differential scanning calorimetry (DSC) and micro force tensile test machine (Instron 5948) were used. The microstructure evolution of the three materials in the process of strong deformation and subsequent heat treatment and stretching was studied, and the mechanism of nanocrystalline formation, mechanical properties and deformation mechanism were discussed for different materials, and two kinds of amorphous alloy SmCo/Fe and SmCo/FeCo were prepared by high energy ball milling technology. The effect of ball milling time on the microstructure and magnetic properties of SmCo/Fe alloy is studied. The results show that the high energy ball milling process not only transforms the SmCo5 powder into the amorphous alloy, but also changes the composition of the soft magnetic phase. The evolution process of the hard magnetic phase in the two amorphous alloys in the thermal annealing process is discussed, and the annealing temperature for the SmCo/Fe amorphous alloy in the annealing process is in the annealing temperature. In the process of increasing to 700 degrees C, first SmCo5 phase and SmCo7 phase precipitate from amorphous matrix, and then SmCo5 phase transition to SmCo7 phase.SmCo/FeCo amorphous alloy at a higher temperature has completely different phase transition process. In the process of annealing temperature to 700 C, only SmCo7 phase precipitates. Further study of SmCo/FeCo amorphous alloys. The nucleation and growth activation energy and the growth activation volume of the alloy show that the activation energy of the deposited alpha (Fe, Co) is less than the nucleation and growth activation energy of the newly generated SmCo7 nanocrystals, and reveals the reason that the soft magnetic phase grain is easy to grow in the Sm Co7/ - (Fe, Co) nanocomposite permanent magnetic material; the growth activation volume of alpha (Fe, Co) and SmCo7 The results show that the growth process of alpha (Fe, Co) and SmCo7 is realized by the auxiliary diffusion of the heated vacancy, respectively. The growth process of a (Fe, Co) and SmCo7 is achieved by the auxiliary diffusion of the heated vacancy. The multiphase and multi scale four element TiZrAlV is prepared by the multi pass rolling strong deformation process combined with the recrystallization annealing and the two step time effect treatment. At the same time, high strength (~1548MPa) and plasticity (~6.6%) were obtained. The microstructural evolution process of TiZrAlV alloy after multi pass rolling and non multipass rolling was studied by the same heat treatment. The results showed that the nucleation rate and phase transition of recrystallization were improved by multi pass rolling storage deformation. The key to the formation of multiphase and multiscale structure is beta grain and precipitation of high density alpha and "alpha" plate. The friction and wear characteristics of the alloy are studied. The results show that the wear resistance of the alloy is greatly improved under the vacuum state. The increase of wear resistance is attributed to the formation of multiphase multi-scale structure of the alloy, and the strength and plasticity of the alloy are increased at the same time. The electro plastic rolling is used. A single phase nanocrystalline Ti Ni alloy with grain size below critical value (20nm) was prepared at room temperature by using this strong deformation process and thermal annealing to induce the stress driven martensitic transformation. The microstructure evolution of the sample in the process of electro plastic rolling and thermal annealing was studied. It is shown that the lower the thermal annealing temperature is, the more difficult it is to use the tensile induced martensitic transformation at room temperature. Further, the deformation behavior related to the stress is revealed by studying the microstructure evolution under different stress states. With the increase of stress, the deformation mechanism of nanocrystalline TiNi alloy gradually evolves from grain boundary sliding and grain rotation to crystal. The growth of grain and the activation of dislocation. It presents a new view on the deformation mechanism of nanocrystalline materials below the critical size: the idea of mechanically driving grain growth and activating dislocation motion to improve the plasticity of nanocrystalline materials.

【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG339

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本文編號：1839488