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《MSEA》粉末冶金工艺,制备高强高塑性异质结构质料

作者:亚慱体育平台网页版 时间:2022-11-07 00:06
本文摘要:导读:本研究以粉末冶金制备Fe-Cu复合质料,微观结构为非均质片层状,异质结构可获得高强度和高延展性的优异性能。质料异质结构(HS)主要是质料差别区域具有显着强度差异,由于其在强度和延展性方面的精彩联合,引起了质料界的广泛关注。

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导读:本研究以粉末冶金制备Fe-Cu复合质料,微观结构为非均质片层状,异质结构可获得高强度和高延展性的优异性能。质料异质结构(HS)主要是质料差别区域具有显着强度差异,由于其在强度和延展性方面的精彩联合,引起了质料界的广泛关注。一般来说具备包罗梯度结构,谐波结构,异构层状结构,双峰结构,双相结构和层压结构等特殊结构的质料均被认为是异质结构质料,其中异构层状结构(HLS)被认为是近乎理想的结构,具有精彩的机械性能,在工程应用中极具潜力,为了进一步研究HLS质料的异质变形引起的强化机理并优化其机械性能,从这三个方面(界面密度,强度差异以及几何形状)对HLS举行优化。

可是HLS的形成对退火之前的塑性变形和退火条件敏感,而且在退火历程中三个参数会同时发生变化,因此很难独立地调整这些异质结构参数,需要探索新方法来调整异质结构。粉末冶金作为一种成熟的质料加工技术,已乐成地制造出多种金属质料,包罗合金,金属玻璃和纳米晶体金属质料。从逻辑上讲,这应该是制造HLS质料的极具研究价值的工艺手段。

2020年,Z.K.Li等提出使用粉末冶金和热机械工艺生产HLS质料的新工艺,生产的HLS复合质料具有优异的强度和延展性。相关论文相关论文以题为“Tuning heterostructures with powder metallurgy for high synergistic strengthening and hetero-deformation induced hardening”揭晓在Materials Science & Engineering A上。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139074文中具有x%铜体积分数的HLS Fe-Cu样品被标志为Fe-xCu,包罗Fe-15Cu,Fe-30Cu和Fe-40Cu。图1a–c显示了Fe-15Cu,Fe-30Cu和Fe-40Cu样品的横截面光学显微照片。拉长的铜畴沿轧制偏向嵌入铁基质中。

随着添加更多的铜粉,Fe-Cu畴界面的密度变大。维氏硬度效果显示,在所有复合质料中,铁域质料和铜域质料的硬度险些保持稳定,讲明强度差保持稳定。图1 (a-c)划分为Fe-15Cu、Fe-30Cu和Fe-40Cu样品的光学显微照片;(d)维氏显微硬度图2a–c显示了HLS Fe-Cu样品的微观结构。

在所有的Fe-Cu样品中,铁畴是粗晶粒的,而铜畴是细晶粒的,讲明铁和铜畴的机械性能不会随着铜含量的增加而变化。在放大的EBSD图像讲明烧结效果良好,在铜晶界处的沉淀铁相阻碍了铜晶粒长大,经由退火晶粒尺寸保持在1μm左右。图2 (a)Fe-15Cu、(b)Fe-30Cu和(c)Fe-40Cu的ICCM图像;(d)Fe-40Cu样品EBSD图像图3a显示了纯铁样品和HLS Fe-Cu样品的工程应变-应力曲线。

纯铁样品匀称伸长率约为1.4%,在580MPa的屈服强度后很快开始颈缩。凭据维氏硬度效果,铜在铁畴中的析出形成第二相后,强度孝敬量约莫为60MPa,对延展性发生负面影响。因此,HLS Fe-Cu样品的屈服强度640 MPa,匀称伸长率约为1.4%。强度和延展性的精彩联合归因于协同增强和HDI硬化。

在HLS Fe-Cu样品变形期间,软铜畴首先开始屈服,而硬铁畴保持弹性。这是一种异质变形方案,其中铜畴比铁畴蒙受更大的应变。

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由于在铁和铜畴之间需要一连应变,因此在Fe-Cu畴界面四周的软铜畴中会发生塑性应变梯度。塑性应变梯度会在软铜畴中发生反映力,使铜畴显得更强;在硬铁畴中发生正向应力,从而使铁畴显得较弱。

背向应力和正向应力之间的相互作用不是零和博弈,它会发生HDI应力,从而增加HLS Fe-Cu复合质料的整体屈服强度。在整个HLS样品屈服之后,软铜域的应变要比硬铁域高得多,发生近铁铜域接口塑性应变梯度。塑性应变梯度随着应变分配的增加而变大,从而发生由异质变形引起的分外的加工硬化。

图3 (a)纯铁和(b)Fe-15Cu、Fe-30Cu和Fe-40Cu HLS试样的工程应变-应力曲线和应变硬化曲线;(c)Fe-Cu-HSL试样与匀称IF钢试样的强韧对比LUR测试以进一步探究协同增强和HDI硬化对HLS Fe-Cu复合质料机械性能的影响。HDI应力和HDI硬化对HLS Fe-Cu复合质料力学性能的孝敬随着铜体积分数的增加而增强。

原因是添加更多的铜会增加Fe-Cu域界面的密度,随着Fe-Cu畴界面密度的变化,铁畴和铜畴之间的强度差险些保持稳定。因此,它不会影响本研究中的协同强化和HDI强化。

图4 (a)纯铁和Fe-Cu-HLS样品的LUR应变-应力曲线;(b)磁滞回线的比力;(c)HDI应力的比力;(d)HDI硬化速率总之,通过粉末冶金和随后的热机械处置惩罚,生产出非均质的片状结构的Fe-Cu复合质料。异质结构获得了高强度和高延展性的优异机械性能。效果讲明,分外的强化和分外的应变硬化归因于HDI的强化和硬化。

随着Fe-Cu畴界面密度的增加,它们的作用也越来越强。因此粉末冶金生产HLS质料是一种极具前景的工艺方法。

(文:衣兮)本文来自微信民众号“质料科学与工程”。接待转载请联系,未经许可谢绝转载至其他网站。


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