超细晶结构材料制备方法研究

摘要

为探索一种高效率、低成本制备大块超细晶结构材料的新方法,该文按照摩擦压扭强变形区连续转移的总体思路,提出了两种具体的制备工艺:(1)适用于棒材的摩擦面热诱导转移法,(2)适用于板材的强冷搅拌摩擦工艺.该文从理论上分析了制备过程中热变形参数与工艺参数之间的关系,并采用计算机测试系统检测了制备过程中的工艺参数,讨论了它对摩擦面转移速度的影响.随后分析了细晶材料的外观形貌、金相组织及其透射电镜形态,并测量了细晶材料的宏观和微观硬度、拉伸性能、压缩性能、弯曲性能和阻尼性能.实验结果表明:(1)通过不平衡冷却的热诱导作用,实现了棒材摩擦界面的持续、稳定转移,得到了棒状超细晶组织;通过强冷搅拌摩擦工艺进行细晶带合并,能够得到板状的超细晶组织.(2)摩擦转速、摩擦压力和变形温度对材料晶粒细化和硬化的影响效果显著.材料热物理性能决定了热诱导试验的参数选择,对于导热性差的材料应选用低转速和大压力.(3)变形温度和变形速率是获得超细晶材料的关键.摩擦面转移速度与输入功率之间存在正比关系.(4)在合适的工艺参数下,上述两种工艺均能够获得亚微米级的超细晶材料.(5)所研究的超细晶材料的硬度、塑性普遍提高,弹性模量有所提高,阻尼性能提高30％~50％,但强度未有明显提高.

目录

文摘

英文文摘

前言

第1章绪论

1.1纳米材料和超细晶材料的研究现状

1.1.1纳米晶和超细晶结构材料性能的变化

1.1.2材料晶粒超细化的原理和方法介绍

1.1.3超细晶结构材料应用现状

1.2摩擦热加工工艺应用和理论研究

1.2.1摩擦热加工工艺简介

1.2.2摩擦热加工中的应力、应变和热循环特点

1.2.3摩擦焊接中的动态再结晶理论及次生摩擦面转移现象

1.3本课题的前期研究结果

1.4本研究内容、目标及意义

参考资料

第2章细晶制备理论分析

2.1摩擦面热诱导转移法理论分析

2.1.1实验原理

2.1.2应力、应变分析

2.1.3温度场和相关参数理论分析

2.2搅拌摩擦工艺理论分析

2.2.1实验原理

2.2.2应力、应变条件理论分析

2.2.3热输入理论分析

2.2.4热源周围温度梯度的推导

2.2.5热平衡方程及热源区准稳态平均温度的建立

2.3本章小结

参考资料

第3章实验材料、设备及试验方法

3.1实验材料、设备和装置

3.1.1摩擦面热诱导转移法

3.1.2搅拌摩擦工艺实验材料和设备

3.2实验参数设计

3.3超细晶结构材料性能试验

3.3.1布氏硬度

3.3.2维氏硬度

3.3.3拉伸试验和断口扫描电镜分析

3.3.4压缩实验和弯曲试验

3.3.5金相组织分析

3.3.6阻尼性能对比试验

参考资料

第4章热诱导实验结果及分析

4.1实验过程参数

4.2试验现象及宏观硬度

4.2.1钛合金试验现象及宏观硬度

4.2.2不锈钢试验现象及宏观硬度

4.3所制取的超细晶试样的组织特点

4.3.1不锈钢细晶试样微观形貌

4.3.2钛合金细晶试样微观形貌

4.4微观硬度试验结果

4.5钛合金试样拉伸试验结果

4.6不锈钢压缩试验结果

4.7不锈钢弯曲试验结果

4.8阻尼性能试验结果

4.9实验结果分析

4.10本章小结

参考资料：

第5章搅拌摩擦工艺实验结果及分析

5.1试验现象

5.2所制取超细晶试样的组织特点

5.3试样力学性能

5.3.1宏观硬度

5.3.2试样微观硬度试验结果及分析

5.3.3试样拉伸试验结果及分析

5.3.4阻尼性能测试结果

5.4实验结果分析

5.4本章小结

参考文献

结论

致谢

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