基于微取向演变的多晶体材料超塑性变形机理

Up to present, several superplastic deformation (SPD) mechanisms have been proposed. However, each of these mechanisms mainly deals with one certain microstructure so that can only interpret specific experimental result due to the complexity of the process of SPD. This is to say, the SPD mechanism of one material depends on the microstructure of itself. In order to solve this problem, the 5A90 Al-Li alloy superplastic sheet with a mixture microstructure of deformation and recrystallzation was prepared to overcome the exiting SPD mechanisms are suggested based on either full recrystallzied grain structure or deformation structure. The evolution of micro-orientation, microstructures and mechanical flow behavior during SPD at elevated temperatures were investigated by inducing the technique of micro-orientation analysis. The studies mainly focus on the relationship between microstructures, including grain size and misorientations, crystal orientation, dislocations and grain boundaries, and SPD behaviors. Specific attention will pay on the comprehensive effect of these microstructures on the SPD behavior and mechanism. The constitutive relationship and model for SPD on dislocation, grain boundaries and diffusion behaviors will be proposed, which will provide experimental evidences and theoretical basis for establishing the SPD mechanism of polycrystalline materials that not depend on the microstructures.

到目前为止，人们已经提出很多种关于超塑性变形机理的模型，但鉴于超塑性变形过程的复杂性，现有的超塑性变形理论都是针对某一特定组织提出的，导致某种理论只能解释某一种实验现象，超塑性变形理论依赖于材料自身的组织特征。针对此问题，本项目克服现有的超塑性变形机理主要是基于以完全再结晶组或变形组织开始超塑性变形而建立的不足，以具有变形和再结晶混杂组织的5A90铝锂合金为实验对象，借助多晶体材料的微取向分析技术，研究其在高温慢应变速率条件下超塑变形的晶体微取向演变、微观组织演变与力学流动行为，重点研究材料的组织特征，包括晶粒尺寸及取向差、晶体取向、位错、晶界等与变形行为之间的关系，特别是各种组织的综合作用对超塑性变形行为及机理的影响，建立综合考虑位错行为、晶界行为及扩散行为的材料超塑性流动本构关系及模型，为建立不依赖于组织特征的多晶体材料超塑性变形机理提供实验依据与理论基础。

截至今日，人们已经提出很多种关于超塑性变形机理的模型，鉴于超塑性变形过程的复杂性，现有的超塑性变形理论都是针对某一特定组织提出的，导致某种理论只能解释某一种实验现象。针对此问题，本项目以具有变形和再结晶混杂组织的5A90铝锂合金为实验对象，借助多晶体材料的微取向分析技术，开展高温慢应变速率条件下超塑变形的晶体微取向演变、微观组织演变与力学流动行为研究，主要研究成果如下：.（1）探明了静态再结晶退火工艺对5A90铝锂合金板材晶粒组织和微取向的影响规律，确定了热力耦合作用中静态加热的影响数值。研究发现在退火温度为450℃～500℃范围内，晶粒尺寸随退火温度的升高略微长大，晶粒取向差变化不明显，板材织构组分不变，但形变织构强度随退火温度的升高而降低。.（2）探求了变形温度和应变速率对退火后5A90铝锂合金板材超塑性变形力学特性的影响规律，确立了适宜的超塑性变形条件。在变形温度为450～500°C、初始应变速率为3×10-4～1.8×10-3s-1范围内进行超塑拉伸，伸长率可达310～1050%。.（3）探明了5A90铝锂板材超塑性变形过程的晶粒组织与微取向演变规律，揭示了合金的超塑性变形机制。研究表明，变形初始阶段(ε≤0. 59)，晶粒尺寸和晶粒取向差开始增大，形变织构先增强后降低，主要变形机制为位错运动；随着变形继续增加，合金发生动态再结晶，晶粒取向差增大及织构减弱，晶界滑移开始启动，位错运动转为协调机制；当真应变达到1.55时，晶粒全部为等轴晶，大角度晶界所占比例为92.7%，织构随机分布，变形机制以晶界滑移为主。.（4）探明了变形温度和初始应变速率对空洞演化的影响规律，揭示了合金超塑变形不均匀性及其对空洞演化的影响规律。过高或过低的变形温度(500℃或450℃)都会引起空洞的尺寸与体积分数的增大；较低的初始应变速率(3×10-4s-1)引起空洞尺寸的增大；较高的初始应变速率(8×10-4s-1以上)增大空洞的成核率和体积分数。高的应变速率(1×10-3s-1)条件下空洞为塑性变形机制，低应变速率8×10-4s-1以下空洞为扩散控制机制。.（5）本项目执行期间共发表学术论文7篇，其中国际重要期刊论文2篇，SCI收录2篇，EI收录5篇。获授权专利1项，培养研究生6人。