搅拌摩擦加工制备超细晶材料变形行为及机理

本研究采用FSP技术制备超细晶铝合金材料，研究FSP超细晶铝合金材料的变形行为及机理。以FSP超细晶铝合金材料热稳定性研究为基础，采用恒定应力和恒定应变压缩实验测定FSP超细晶铝合金材料的流变应力、延伸率、应变速率敏感性等塑性变形行为表征参数。采用TEM、SEM、XRD、EBSD技术分析FSP超细晶材料塑性变形过程中晶粒尺寸、形态、取向的变化，以及位错组态、晶界滑动和晶界错配的演化规律，阐明FSP超细晶材料的变形行为，探讨FSP超细晶材料的变形机理，寻求建立适用于FSP超细晶材料变形的理论模型。

本研究采用搅拌摩擦加工技术制备了超细晶铝合金材料，研究了搅拌摩擦加工制备的超细晶铝合金材料的变形行为及机理。在超细晶铝合金材料热稳定性研究基础上，采用单轴拉伸实验方法测定了超细晶铝合金材料的流变应力、延伸率、应变速率敏感性等塑性变形行为表征参数。采用TEM、SEM、XRD、EBSD等技术分析了超细晶材料塑性变形过程中晶粒尺寸、形态、取向变化，以及位错组态、晶界滑动和晶界错配的演化规律，阐明了搅拌摩擦加工制备的超细晶材料的变形行为，探讨了超细晶材料的变形机理。研究结果表明：在强制冷却条件下，采用旋转速度为600 rpm，前进速度为300 mm/min，可成功制备出平均晶粒尺寸为500nm的超细晶2024铝合金材料。搅拌区存在较强的{113}<110>择优取向，取向差分布呈现3°和47°的双峰现象，大角度晶界占86%；热机械影响区为{001}<110>R-cube择优取向，大角度晶界占37%；母材区为{124}<211>R择优取向，大角度晶界占86%。连续动态再结晶是晶粒细化的主要机制。超细晶材料在250℃温度以下表现出良好的组织热稳定性。宏观织构(332)[1-10]造成了超细晶材料力学性能的各向异性。当变形温度为350℃，应变速率为0.0001 s-1，超细晶材料的加工硬化率指数约为0.3，延伸率达到400%，表现出超塑性特征。超细晶铝合金的高温变形机制主要分为三个阶段：150℃～250℃，主要变形机制为位错滑移，动态回复为主要的软化机制；250℃～400℃，位错滑移为主要变形机制，晶界滑移为辅，连续动态再结晶为主要软化机制，出现亚晶超塑性变形。400℃～450℃，晶粒急剧长大并且分布不均匀，晶界成为软化界面，出现沿晶韧性断裂。