汪冰峰

教授 博士生导师 硕士生导师

所在单位:材料科学与工程学院

学历:博士研究生毕业

办公地点:中南大学米塔尔楼228

性别:男

联系方式:电子邮件: wangbingfeng@csu.edu.cn 电 话:0731-88876244;13787184491 Q Q:452775157 通讯地址: 湖南省 长沙市 岳麓区 麓山南路932号 材料科学与工程学院 手机号码:13787184491 传真:0731-88876244

学位:博士学位

在职信息:在职

主要任职:Professor

毕业院校:中南大学

学科:材料科学与工程

曾获荣誉:

2017-12-20  当选:  中南大学高等教育教学一等奖

2019-12-20  当选:  湖南省高等教育教学二等奖

2020-12-20  当选:  中国有色金属协会科技进步一等奖

2019-12-20  当选:  湖南省科技进步一等奖

湖南省科学技术奖自然科学奖二等奖 “十佳讲课”青年教师 鑫恒、蔡田媗姝优秀教师奖

个人简介

汪冰峰,男,1978年生,教授,博士生导师。2007年获工学博士学位,2009年博士后出站,2014年加利福尼亚大学圣地亚哥分校访问学者。
近五年来,以第一作者或通讯作者在《Acta Mater》、《Materials Science and Engineering A》、《Materials Science and Engineering C》、《Journal of Materials Science》和《Materials & Design》、《Metallurgy Materials Transaction A》等国外知名学术刊物上发表研究论文30余篇。以第一发明人获得授权专利5项。主持和参加了博士点基金、国家自然科学基金面上项目和国际合作重点基金、国家重点科研项目等若干项。

2009年和2013年湖南省科学技术奖自然科学奖二等奖 各一项;2019年获湖南省科技进步一等奖;2020年获中国有色金属协会科技进步一等奖;2019年获湖南省高等教育教学二等奖。


教育经历

[1]   1996.9-2000.6

湘潭大学  |  化工机械  |  学士学位  |  大学本科毕业

[2]   2000.9-2003.6

湘潭大学  |  材料加工  |  硕士学位  |  硕士研究生毕业

[3]   2003.9-2006.6

中南大学  |  材料加工  |  博士学位  |  博士研究生毕业

工作经历

[1]   2014.1-2015.1

美国加尼福尼亚大学圣地亚哥分校  |  访问学者

[2]   2009.9-2016.4

中南大学  |  材料科学与工程学院  |  Vice Dean  |  副教授  |  教学科研

[3]   2007.4-2009.9

中南大学  |  材料科学与工程学院  |  讲师  |  博士后研究

其他联系方式

  • [1]  传真:

  • [2]  邮编:

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  • 团队成员

    团队名称:材料动态行为与特种加工技术

    团队介绍:主要研究在高应变速率下材料的局域化塑性变形、再结晶、冲击相变、动态损伤断裂的理论研究,以及在金属复合材料、金属块体纳米材料、金属表面纳米化的高能率制备技术及理论等的研究与开发。

    陈伟栋 2020-2021

      

    陈伟 2013-12014

      

    朱源源 2021-

      

    汪子琪 2021-

      

    于夏洋 2021-

      

    安益昕 2020-

      

    陈浩宇 2020-

      

    黄逸愚 2020-

      

    魏少红 2020-

      

    李文树 2020-

      

    刘若愚 2019-

      

    邓晔琛 2018-

      

    曾儒正 2018-2021

      

    彭昊 2018-2021

      

    周冰清 2017-2020

    牛蹄壁生物角质材料及其仿生制备研究

    摘要角蛋白材料是自然界中强度与韧性最好的生物材料之一,其中牛、马科等动物的蹄与角是其中的佼佼者。结合生物材料科学的观点,通过研究牛蹄壁角质生物材料不同状态下的综合力学性能以及其在抵抗裂纹扩展过程中展现的结构变化,可以深入理解其结构特征和功能特性,为新型结构功能材料和高强韧防护装甲设计提供设计灵感。

    以牛蹄壁生物角质材料为研究对象,利用多种力学测试手段分析其在不同取向、含水量与应变速率条件下的宏微观力学性能;采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对牛蹄壁微观组织进行表征,并研究该材料在应力作用下抵抗裂纹扩展的机制与机理;建立牛蹄壁结构、力学模型,并使用3D打印技术仿生制备与性能测试。研究结果表明:

    牛蹄壁材料在相同含水量状态下,横向(TD)试样断裂强度值分别比纵向(LD)试样高,表现显著地各向异性;相同位向试样均表现为断裂强度随含水量先增大后减小的趋势;试样强度在含水量为17%时达到峰值32.95 kJ / m2;纳米压痕实验结果表明,牛蹄壁的取向和位置因素对其微观力学性能有显著影响;该材料在应变过程中表现出明显的粘弹性,使用三元Voigt-Kelvin模型可预测其力学行为。

    牛蹄壁断裂研究表明,微管结构与管间材料共同增强该材料断裂强度。断裂过程中出现的三种模式可推导其断裂机理:具有层状结构的蹄壁外层可以形成多重界面结构,吸收能量并钝化裂纹;蹄壁中间层占据较大体积,可分散应力并吸收较多能量;内层作为外界与软组织器官的过渡层,可提供支撑和保护作用。

    通过3D打印技术制备的具有特殊结构的仿生试样,其断裂韧性参数KICGIC比无此结构的对比试样分别提高了39%55%,表现出优异的性能提升。这有望为新型高强韧轻质装甲的设计提供思路。


      

    丁旭 2017-2020

    TC18钛合金相变动态再结晶及微观机制研究

    摘要β钛合金具有高比强度,耐腐蚀性能优异和热加工性能好等特点,其作为主要承力件而被广泛用于航空航天领域。研究热变形过程中钛合金变形特征及微观组织结构变形规律和动态变形过程中钛合金剪切变形特征及其微观组织结构变形规律,有利于深入了解钛合金热变形和动态变形机制,为提高钛合金热加工和动态服役性能提供依据。

        本文以TC18钛合金为研究材料,利用Gleeble-3800热模拟试验机进行热变形实验和分离式霍普金森压杆进行动态变形实验,并借助金相显微镜,扫描电子显微镜,电子背散射衍射分析和透射电子显微镜等表征和研究TC18钛合金相变动态再结晶和微观组织特征,并结合分子动力学模拟方法从原子运动角度对近β钛相变动态再结晶进行了研究。结果表明:

          TC18钛合金热变形过程中总是伴随着动态再结晶行为。应变速率对合金动态再结晶和动态回复之间的竞争主导变形机制有重要影响。当TC18钛合金发生热变形时,在较低应变速率下变形时,动态再结晶是主导变形机制;反之,较高应变速率削弱了TC18钛合金的动态再结晶行为,使动态回复成为主导变形机制。连续动态再结晶是TC18钛合金中β相的晶粒细化机制。由于热和应力作用而引起加速元素扩散和原子运动,在α+β相区热变形时TC18钛合金发生α相到β相和β相到α相的相变过程。

          TC18钛合金剪切带为细长的白色变形带。基体中α相纳米压痕硬度高于β相纳米压痕硬度。由于剪切局域化过程中马氏体相变导致基体和剪切带中不同的相结构,基体中显微硬度和纳米压痕硬度高于剪切带中显微硬度和纳米压痕硬度。剪切带中心纳米压痕硬度高于剪切带边缘纳米压痕硬度。旋转动态再结晶可以很好地解释剪切带中超细晶形成。剪切带边缘由细长晶粒组成而剪切带中心由超细等轴晶粒组成。低温变形样品剪切带由板条状α'相和α相组成且剪切带塑性几乎均匀,而常温变形样品剪切带中晶粒为α相且剪切带中心纳米压痕硬度显著高于剪切带边缘纳米压痕硬度。低温变形样品剪切带内晶粒尺寸小于常温变形样品。

          分子动力学模拟结果基本符合剪切带内微观结构特征,变形过程中β相转变为α相优先发生在β相晶粒晶界处,α相会由晶界处向β相晶粒内部生长;在动态再结晶过程中,α相发生晶粒细化并形成板条状马氏体,而随着变形继续,大部分板条状马氏体在应力作用下变形为α相细晶,旋转动态再结晶机制较好地描述了分子动力学模拟中晶粒细化过程微观结构变形规律;模拟结果表明相变和动态再结晶在高应变速率和快速温降过程中同时发生。


      

    王楚 2017-2020

    FeCoNiCrX高熵合金力学性能及微观结构研究

     

    摘要高熵合金具有高强度、高韧性、高的热稳定性及高应变硬化率等优良特性,有望在涡轮叶片、装甲及飞机起落架等变形极端条件下应用。本文选用(FeCoNiCrAl0.5)0.95Mo0.025C0.025FeCoNiCrMo0.2FeCoNiCrMn三种高熵合金为研究对象通过准静态压缩和霍普金森压杆冲击实验对比研究了三种高熵合金的力学性能和剪切局域化特征,为三种高熵合金在变形极端条件下的应用以及FeCoNiCrX高熵合金的系统研究奠定理论基础。主要研究成果如下:

    1MoC的添加能提高FeCoNiCrAl0.5高熵合金的应变硬化率,并使(FeCoNiCrAl0.5)0.95Mo0.025C0.025高熵合金帽型试样在高速变形时的裂纹尖端产生了窄而短的剪切带。

    2FeCoNiCrMo0.2高熵合金准静态下的屈服强度为427 MPa,应变硬化率为1586 MPa,动态变形时应变速率敏感系数为0.628

    3FeCoNiCrMo0.2高熵合金帽型试样剪切局域化变形时的平均应变率约为5.5×105 s-1,流变应力达到了1500 MPa。其剪切带由形变孪晶、拉长亚晶和再结晶晶粒组成,变形机制为形变孪晶和动态再结晶机制。

    4FeCoNiCrMn高熵合金剪切带中的纳米孪晶与再结晶晶粒具有比基体更高的强度。另外,随着压痕应变率的增加,剪切带的蠕变位移和应变率敏感系数也随之增加。

    5)动态加载下,三种FeCoNiCrX高熵合金均具有显著的应变率敏感性,并存在明显的锯齿行为。FeCoNiCrMo0.2FeCoNiCrMn高熵合金帽型样品剪切局域化变形机制都为形变孪晶和动态再结晶机制。


      

    陈阵 2017-2020

    Ti6Al4V钛合金与FeCoNiCrMn高熵合金激光焊接组织性能研究

    摘要激光焊接被广泛应用于合金的加工工艺中,它利用极高的温度、搅拌作用和极快的冷却速度对材料的微观组织及性能产生影响。本文选取Ti6Al4V钛合金与FeCoNiCrMn高熵合金作为研究对象,进行Ti6Al4V/Ti6Al4VFeCoNiCrMn/FeCoNiCrMn同种合金焊接和Ti6Al4V/FeCoNiCrMn异种合金焊接,研究合金焊接后微观组织和力学性能的变化,为其焊接研究提供理论依据。

    Ti6Al4V/Ti6Al4V同种钛合金进行激光焊接,接头平均抗拉强度高于957 MPa,熔区显微硬度最高。电子探针结果表明熔区有α相稳定性元素铝的损失。熔区内由针状α'马氏体和柱状β相组成。不同尺度的针状α'马氏体相互交错。等轴超细晶粒和纳米晶粒在针状α'马氏体的相交处形成。通过纳米压痕区分了不同尺度α'相的力学性能,发现熔区中的针状α'马氏体对熔区硬度的增加有明显的作用,与次生针状α'马氏体相比,初生针状α'马氏体的塑性更好。

    FeCoNiCrMn/FeCoNiCrMn同种高熵合金进行焊接,研究激光焊接后熔区微观组织和力学性能的转变。接头的平均抗拉强度达到524MPaFeCoNiCrMn高熵合金焊接接头的硬度与抗循环变形能力都得到了提高。熔区内为定向生长的细小枝晶,富锰碳相析出于熔区的晶粒和晶界内对位错和晶界起钉扎作用。

    利用偏移激光束和添加Cu中间层两种方法进行Ti6Al4V/FeCoNiCrMn异种合金激光焊接。偏束焊中,熔区靠近钛合金边缘上由于Ti元素聚集而形成的Ti-Fe金属间化合物层随着钛合金熔化量的降低而降低。Ti-Fe金属间化合物层相互连接形成骨架会产生较大的应力集中,焊接后在应力的作用下导致接头断裂。在添加纯Cu中间层的焊接的方法中,由于激光的冲击搅拌作用各元素充分混合。接头由富Cu与富高熵合金组分区组成。Cu中间层的加入可以将Ti-Fe金属间化合物分散隔离开,不至于形成连续分布的Ti-Fe化合物层,并且富Ti相弥散分布于熔区中,这有效地降低了Ti-Fe金属间化合物的脆性,提高了接头强度。纳米压痕的结果表现出富Cu相硬度要远小于富Ti相,这有利于减少焊接应力带来的不利影响。


      

    姚娴睿 2016-2019

    NiCrFeCoMn高熵合金动态力学行为及其微观机制研究

    摘要锯齿行为广泛存在于高熵合金中,它是材料在外加载荷作用下表现出的一种塑性失稳现象,会对材料的微观组织及其力学性能产生一定的影响。通过研究NiCrFeCoMn高熵合金在不同状态和变形条件下的微观结构以及力学性能,有利于深入了解高熵合金在动态加载过程中微观结构的变化规律和力学性能,解决塑性失稳现象,为高熵合金的性能改善提供了新的思路。

    以铸态NiCrFeCoMn高熵合金作为研究原材料,利用分离式霍普金森压杆对圆柱样进行不同温度、应变速率的动态/准静态加载实验;对部分原材料采用多向锻造的方式改变原材料的微观结构,并进行不同应变速率的压缩加载实验。采用金相显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段,研究NiCrFeCoMn高熵合金微观结构组织和锯齿行为的微观变形机制。研究结果表明:

    铸态等原子比NiCrFeCoMn高熵合金具有简单的FCC晶体结构;在动态载荷冲击下,该高熵合金的屈服强度随着应变速率的提高(900 s-1 - 4,600 s-1)而提高,且真应力-应变曲线中可以观察到锯齿行为;在高应变速率下,屈服强度和锯齿行为均对应变速率敏感且呈正比关系;Zerilli-Armstrong塑性模型适合预测该合金的力学行为;高密度的微变形带与动态载荷下该高熵合金的变形行为和力学性能相关。

    变形态NiCrFeCoMn高熵合金的动态屈服强度随着应变速率的增加(1,250 s-1 - 4,800 s-1)而增加,且随着应变速率的增加,锯齿行为变得更加严重;在高速冲击变形过程中,随着变形量的增大,位错密度也随之增大,可动位错在运动过程中会受到孪晶片层的阻碍并引发局部应力集中,呈现反复的锯齿屈服现象。由于细晶强化,变形态样的力学性能优于铸态样,且力学性能更为稳定

    NiCrFeCoMn高熵合金在高速变形过程中以位错滑移来协调变形,变形后组织内部出现了大量的微变形带;当应变速率大于1×103s-1时,随着应变速率增加,临界应变逐渐增大。


      

    杨刚毅 2016-2019

    高钼无镍耐蚀铸钢制备方法及耐蚀机理研究

    摘要:AISI304SL不锈钢因具有良好的机械性能、抗腐蚀等性能而应用于制作鼓风机,但该不锈钢中含有的Ni元素含量达到8-11%,而目前不锈钢都推行低镍甚至无镍化,因此研制具有优异综合性能的无Ni的耐蚀铸钢显得尤为重要。

    本文以无Ni和腐蚀性能的提高为目标,以提高Mo元素含量为主,通过组织设计-成分设计的路线开发出耐蚀性能优良的铸钢。得到铸件后通过力学实验机测试其力学性能,采用电化学工作站以及浸泡试验测试其耐蚀性能,并通过SEMXPS分析其腐蚀机理,主要研究内容及相关结论如下:

    设计并制备的0Cr13Mo5CuTi抗拉强度达到625MPa,屈服强度达到285MPa,硬度达到377HB,并且根据腐蚀浸泡实验表明其在氯化铵溶液中具有优于AISI304SL不锈钢的抗腐蚀性能。

    应用电化学分析和X射线光电子能谱技术对所设计的0Cr13Mo5CuTi合金在氯化铵中浸泡的腐蚀过程和产物膜结构进行研究。设计合金在氯化铵溶液中浸泡一定时间后表面即生成一层钝化膜,随浸泡时间延长合金表面被进一步氧化生成致密的由Cr2O3Fe2O3MoOx以及Fe(OH)3Cr(OH)3组成的具有保护性的氧化膜。该保护膜随浸泡时间的增厚增密引起了合金腐蚀速率的降低,同时导致合金的极化电阻、膜电阻及膜电容等电化学参数也因此随浸泡时间呈规律性变化。

    Mo元素主要从2个方面提高铸钢耐蚀性能:Mo形成的Mo氧化物能增加钝化膜的耐蚀能力;Mo的含量增高能促进Cr2O3的生成,从而增加钝化膜的耐蚀能力。


      

    马睿 2015-2018

    超细晶粒铝合金剪切局域化及微观结构研究

    摘 要铝及铝合金的发现和使用相对较晚,虽然仅有一两百年的历史,但是铝合金材料的各种优异的性能却极大的推动了工业文明的进步,特别是航空航天科技和工业的发展。铝合金作为工业生产中应用最为广泛的一类有色金属结构材料,科研人员的研究重点不仅仅集中在提高材料强韧化的目标上,也在努力提高铝合金材料在各种不同的服役环境下的适应力。通过研究超细晶粒铝合金在不同变形条件下的绝热剪切变形,有助于深入研究铝合金材料的强韧化机制,能够丰富和发展铝合金材料在高应变速率下的动态再结晶理论和析出相变理论,还能够为铝合金材料的实际应用提供了一定的理论参考价值。

    以超细晶6061铝合金材料为研究对象,利用分离式霍普金森压杆技术(SHPB)分别对超细晶6061铝合金在不同温度和晶粒尺度等条件下进行动态加载实验来获取绝热剪切带。探索6061铝合金绝热剪切带形成过程中的力学性能变化和微观组织结构的变化,总结了6061铝合金在动态变形过程中的变形机制,重点分析讨论了6061铝合金在动态变形过程中的晶粒细化机制和析出相变机制。结果表明:

    名义应变越大,剪切带宽度越小;变形温度越高,剪切带宽度越大;晶粒尺寸越大,剪切带宽度越大。Bai-Doddy公式相比较于Grady公式更接近于实验值,这一点可以通过修正Grady公式中的热软化参数α得到改变。可以利用旋转动态再结晶机制来解释6061铝合金动态变形过程中的晶粒细化机制。6061铝合金在强变形过程中的应力使析出相的自由能的增加大幅度高于基体自由能的增加;强变形过程中剧烈的剪切应力使得析出相发生了断裂和破碎,析出相尺寸的改变使得析出相溶质原子的溶解度大大提高;强变形过程中形成的大量位错缺陷,为析出相中溶质原子的扩散提高了“高速扩散通道”。这三个方面是导致析出相低温回溶的主要因素。


      

    刘岚逸 2015-2018

    TC18钛合金剪切带内细晶化及相变研究

     

    摘 要TC18钛合金属于近β型钛合金,具有高强高韧性、淬透性好、极端环境中服役性能优秀等特点,广泛适用于飞机的承力结构件上,特别是起落架构件。绝热剪切带是金属在高应变速率变形过程中出现的一种重要的热粘塑性失稳的方式。开展对TC18钛合金绝热剪切带内晶粒细化及相变的研究,有利于更好地挖掘其晶粒细化机理和微结构之间的相变规律,为制备高强高韧的钛合金提供科学依据。

    TC18钛合金为研究对象,利用分离式霍普金森压杆技术进行可控动态加载实验获取绝热剪切带。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、高分辨电镜等分析手段,探索了TC18钛合金绝热剪切变形特征,并结合纳米压痕方法对剪切带内物理性能进行研究,结果表明:

    TC18钛合金帽形样品在受到动态载荷加载后发生高应变速率变形,过程持续120µs左右,其平均应变速率在1×106 s-1左右。剪切带的宽度与Grady公式和Bai公式预测的基本一致,但在低温下Grady公式更为准确。变形过程中超细等轴晶的形成可以用旋转动态再结晶机制来解释,且有实验结果证明变形过程中晶粒边界的旋转角度为30°。

    在高应变速率加载的条件下,TC18钛合金帽型样品剪切带中会有相变行为的发生,在应力和应变的曲线上体现为双峰现象,且该过程持续63μs。低温条件下,TC18钛合金剪切带内部中心区域的晶粒较常温样品更软,且对应变率的变化更为敏感。剪切带内中心区域原子在受到高应变速率冲击后通过短距离的迁移,由体心立方晶格结构的β相转变为密排六方晶格结构的初生α相,且温度的降低会促进该相变过程。


      

    黄小霞 2015-2018

    粉末冶金FeCoNiCrMn高熵合金剪切局域化及微观结构研究

    摘要粉末冶金FeCoNiCrMn高熵合金具有高强度、高硬度、较好的力学性能、耐磨、耐高温、耐腐蚀以及耐氧化等特点,可以用于制备工业生产以及日常生活中的各类模具、工具和刀具等,且有望用于航空航海等领域。剪切局域化行为是材料在高应变速率下出现的一种特殊的热黏塑性失稳现象,其内在机制以及产生的显微结构非常复杂。开展高应变速率下高熵合金的剪切局域化行为及其微观结构研究,有利于深入了解高熵合金高应变速率变形的特点、微观结构以及力学性能,为提高高熵合金的性能、拓展其使用范围提供科学依据。

    以粉末冶金方法制备的FeCoNiCrMn高熵合金为研究对象,利用分离式霍普金森压杆对帽形样品进行不同应变速率的加载实验。采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,研究了FeCoNiCrMn高熵合金剪切局域化行为及其动态变形后的微观组织。研究结果表明:

    粉末冶金等原子比FeCoNiCrMn高熵合金帽形样品的动态变形过程经历三个阶段,且始终受到应变速率和剪切区内温度的影响,应变速率和温度在变形过程中是相互竞争的关系。应变速率越大,变形过程中的剪切区的温升越大,热软化效应越显著,lnZ越小。FeCoNiCrMn高熵合金帽形样品产生剪切带的条件为lnZ=41.8

    帽形样品H6在绝热剪切变形过程中的变形时间约为136μs,剪切带为长且直的变形带,约为20μm宽,剪切带内的最高温度为1100K,超过了再结晶温度,在热力学上满足再结晶的要求,剪切带内发生了旋转动态再结晶。剪切带边缘存在大量的高密度位错的拉长胞组织和孪晶结构,剪切带中部由直径约为150nm的超细再结晶的等轴晶粒以及纳米孪晶组成。

    经过动力学计算,高熵合金帽形样品动态加载过程中剪切区内部受到的最大切应力τm=0.085GPa大于孪生需要的临界切应力τp=0.360GPa,满足孪生的条件,在剪切带内产生了孪晶。在外加动态载荷下,运动位错与孪晶作用,最终使得使孪晶片发生断裂,形成约为150nm的纳米孪晶。


      

    孙杰英 2012-2015

    细晶近β钛合金局域化及其微观结构研究

     

    摘 要β型钛合金具有高强度、高塑性、淬透性好、可焊性好等优点,广泛应用于飞机的承力结构件上,特别是起落架构件。起落架在飞机起飞和降落的瞬间承受着巨大的冲击,对材料的动态性能提出了更高的要求。因而,深入研究钛合金在动态加载过程的变形行为、损伤破坏以及组织演变规律具有非常重要的意义。

    本文以细晶TC18钛合金为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术进行可控动态加载实验获取绝热剪切带(ASB)利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析手段,探索了TC18钛合金ASB中的微观结构特征、微观演化过程和相变规律,并对结合分子动力学软件对金属钛进行了原子模拟。结果表明:

    TC18钛合金帽型样品绝热剪切变形过程中,H3H4号样品的剪切变形的时间约为68µs62µs剪切带都是长且直的白亮带,宽度分别为13.4μm12.7μmASB内的最高温度分别为1025K1132KH4号样品剪切带内的最高温度满足了热力学上发生再结晶和相变的要求。

    不同变形程度H3H4号样品ASB内的微观结构特征如下:剪切带的边缘是由沿着剪切方向被拉长的亚晶组成,剪切带中部由晶粒细小等轴晶粒,且H4号样品剪切带内发生了马氏体相变,α-Ti相和层片状α"-Ti相混合共存。ASB内细小等轴晶粒的形成是动态再结晶作用的结果,并在冷却阶段不会明显地长大。

    H4号样品剪切带内的最高温度为1132K,冷却过程在18 μs内完成,冷却速率为4.7×107 K/s,剧烈的变形程度以及极快的冷却速度,为剪切带内的马氏体相变提供了热力学和动力学条件。名义剪切应变为0.56-0.62时,细晶TC18钛合金剪切带内发生马氏体相变,马氏体相变发生在49μs - 62μs的变形过程中。利用分子动力学模拟方法对hcp结构纯钛进行原子压缩模拟,应变ε=0.1时,模型开始结构重组,开始有新相产生;在应变为0.15-0.2时,母相向新相的转变已经完成。

     


      

    罗孝周 2012-2015

    生物医用TA2/NiCr材料的爆炸复合工艺及界面组织研究

    摘要本文通过爆炸复合技术制备TA2/NiCr复合材料,将纯钛的生物相容性能及镍铬电阻材料的发热性能有效的结合在一起,有望使其成为一种治疗慢性肌膜炎的新材料。对其爆炸复合工艺、界面微观组织及形成机制等方面的研究将有利于为该材料的后期生产应用提供理论支持与技术指导。本文研究过程中采用了金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)等多种材料表征分析方法,结合理论分析主要得出以下结果:

    当炸药类型确定后,熔层的厚度主要受到装药量及金属间间隙的影响。在一定范围内,随着装药量或间隙的增加,熔层厚度都会变厚。

    从能量角度出发,建立的熔层厚度计算的物理模型与实验结果吻合较好。

    金属间化合物、非晶以及纳米晶共存于熔层内。定量分析得到在非晶转变温度下熔层内的冷却速率范围为1.78 × 107 K/s (1.78 × 107 /s) ~3.89 × 107 K/s (3.89 × 107 /s)。它们都大于非晶相形成所需的冷速速率1.00 × 105 K/s (1.00 × 105 /s)。这个区域高的冷却速率是形成金属间化合物、非晶及纳米晶的主要原因。在爆炸复合过程中,热影响区内发生了再结晶和晶粒异常长大的现象,粗大晶粒的平均尺寸约为60 μm。晶粒异常长大现象可以解释为在巨变形及高温下相邻晶粒晶界瞬间消失的结果。

    当退火温度为550℃时,复合丝材的发热效率和抗折疲劳性能最好。


      

    刘昭林 2011-2014

    AISI201奥氏体不锈钢绝热剪切形变与微观结构研究

    摘要:低镍AISI201奥氏体不锈钢经剧变形工艺晶粒细化后能显著提升其综合性能,研究其在动态加载条件下的绝热剪切行为,揭示其动态变形规律,有利于研究和开发性能更加优异的新型不锈钢材料。

    本文以AISI201奥氏体不锈钢为研究对象,进行多向压缩强塑性变形细化晶粒,利用分离式霍普金森压杆装置进行动态加载,并结合金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)等分析手段,探明了多向压缩第一个变形周期里变形机制以及高应变率下退火态和细晶态不锈钢绝热剪切行为与剪切带内微观结构演化规律。结果表明:

    多向压缩第一个变形周期内力学曲线呈现动态回复特征,晶粒平均尺寸从35μm细化到了5μm左右;随着压缩方向改变形变带相互交割,将原始晶粒有效地分割细化,小角度晶界的亚晶在变形过程中逐渐向大角度晶界转变,形成超细晶粒,具有连续动态再结晶特征,并构建了微观结构演化模型诠释其演变过程。

    退火态帽型试样的EBSD结果表明:剪切带内形成了大量具有大角度几何相关晶界的超细等轴晶,从ODFs和取向线分析说明剪切带内形成了再结晶织构;ASB内的绝热温升(943K=0.55Tm)已超过材料再结晶温度点,再结晶动力学计算结果说明退火态不锈钢绝热剪切带内微观演化机制属于动态再结晶。

    相比退火态,细晶态试样具有更高的绝热剪切敏感性;动态力学行为也有存在差异,峰值应力达到1135MPa;但微观织构演化与退火态呈现出相同的演变规律,均形成了再结晶织构;另外在剪切带中心形成了少量直径为30nm-80nm的低错密度超细等轴晶粒,部分微观组织保留了动态回复特征;再结晶动力学计算结果表明只有当亚晶尺寸小于80nm或者剪切带内绝热温升大于0.5Tm(834K)时才可能形成再结晶超细晶粒;因此,细晶态剪切带内微观组织演变机制是动态回复和动态再结晶。ASB内超细晶在冷却阶段不会发生明显地长大。


      

    李娟 2011-2014

    层片状组织TC4钛合金和细晶TA2绝热剪切研究

    摘 要钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优异的特性,在航空航天领域得到广泛的应用。晶粒细化能显著提升材料的综合性能。开展对细晶钛材绝热剪切变形的研究,将能够更好挖掘钛材的动态性能,为制备高强高韧的钛合金提供科学依据。

    本文以层片状组织TC4钛合金和细晶TA2为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)在帽型样品上进行可控动态加载实验获取绝热剪切带(ASB,运用多向压缩(MAC)的方法细化晶粒获取细晶TA2结合金相显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)方法探索了TC4钛合金和细晶TA2的绝热剪切变形特征(包括ASB中的微观结构特征,微观演化过程和相变规律),并对TA2的晶粒细化过程和细化机制加以阐明。结果表明:

    层片状组织TC4钛合金绝热剪切变形时间约为60μs,绝热温升达到1500K,超过其再结晶温度和相变温度。产生的ASB中心区域是由低位错密度的细小等轴晶粒组成,α-Ti相和片状α′′-Ti相混合共存,剪切带内发生了相变,光学显微镜下的白亮带是剪切带内相变所致;ASB中形成了再结晶织构;剪切带内等轴晶粒晶界是大角度的几何相关晶界(GNBs);ASB内细小等轴晶粒的形成是动态再结晶作用的结果。

    经过6道次的多向压缩变形,TA2的原始晶粒尺寸由25μm剧烈细化到0.2μm;孪生在晶粒细化过程中起主导作用,其细化机制为孪生诱导动态再结晶机制。

    细晶TA2的绝热剪切变形时间约为50μsASB内的绝热温升达到867K,超过其再结晶温度。剪切带中心是由晶粒大小约为50nm的细小等轴晶粒和100-150nm的融合晶粒组成,部分纳米晶粒发生了晶粒长大过程;ASB内等轴晶粒的形成和长大是晶界旋转作用的结果,它是以机械力作用为主和以热作用为辅共同驱动完成的。


      

    谢方宇 2013-2016

    爆炸复合/压实制备Ti/Al2O3/NiCr生物医用复合材料及其组织研究
    Fabrication of Ti/Al2O3/NiCr biomedical composites by explosive cladding/compaction and its microstructure
    364243256@qq.com

    Ti/Al2O3/NiCr复合材料的制备及其微观组织研究

    摘要:爆炸复合/压实技术是一种制备三明治结构复合材料的新手段,通过爆炸压实/复合技术在Ti/NiCr双金属复合材料之间增加了一层Al2O3中间层,增大了双金属Ti/NiCr复合材料使用过程中的绝缘性,制备了生物医用Ti/Al2O3/NiCr复合材料。   

    利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM/EDS)、电子探针(EMPA)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(RAMAN)和四探针电阻测试、压剪强度测试以及显微硬度等多种材料表征和测试方法对Ti/Al2O3/NiCr复合材料的金属-陶瓷结合界面和中间Al2O3爆炸压实层展开了研究。

    界面金属和Al2O3粉末在高温高压下熔化,形成了高质量的冶金结合界面。纳米Al2O3粉末通过爆炸压实制备了致密的纳米块状Al2O3非晶和纳米晶共存于Al2O3爆炸压实体中。

    金属/陶瓷界面呈现波浪形,界面平均结合强度为9.36 MPa。热影响区位于靠近中间层的Ti侧,出现了晶粒长大现象。TiNiCr分别Al2O3产生了界面反应,生成了金属间化合物AlTi3Al0.9Ni4.22,金属间化合物的形成有利于结合界面强度的提高。

    Al2O3爆炸压实体在复合材料中起到了绝缘的作用。爆炸压实体的平均显微硬度是171 HV0.025。爆炸压实过程中生成了部分粘稠状的非晶Al2O3,促进了整个Al2O3层的烧结。在爆炸压实过程中还生成了二次电子成像下透明的Al2O3片状材料。原始γ-Al2O3发生了相变生成了α-Al2O3。形成过程包括γ-Al2O3纳米粉末的爆炸压实,颗粒的碰撞,射流的形成,Al2O3的熔化,非晶的形成,再结晶形成α-Al2O3


      

    邹金佃 2013-2016

    EBSD研究6061-T6和2024铝合金变形中动态再结晶
    zoujindian@qq.com
    The research on dynamic recrystalization of 6061-T6 and 2024 aluminum alloys under different deformation conditions by using EBSD

    超细晶6061铝合金和2024铝合金变形中动态再结晶EBSD研究

    摘 要动态再结晶是铝合金晶粒细化的一种重要手段,研究铝合金变形中的动态再结晶现象将有助于了解铝合金的动态再结晶机理,深化对不同变形条件下铝合金组织演变规律的认识,为铝合金材料的制备与使用提供试验参考与理论支持。

    以超细晶6061铝合金和2024铝合金为研究对象,利用轧制和分离式霍普金森压杆技术分别对超细晶6061铝合金和2024铝合金进行准静态和动态加载以获取不同变形条件下的铝合金样品。运用电子背散射衍射技术表征不同变形条件下的铝合金样品的微观组织、晶界特征和微观织构,并在此基础上研究铝合金在不同变形条件下的动态再结晶机制。结果表明:

    超细晶6061铝合金样品在轧制过程中,随着轧制压下量增加,材料的抗拉强度持续增加;在轧制压下量为40%60%时,材料的抗拉强度数值相当,约为258MPa。随压下量从40%增加到60%,样品中大角度晶界的比例增加,出现多边形细晶和B/G (20°, 45°, 0°) 再结晶织构。因此,在60%轧制压下量时,超细晶6061铝合金样品在局部区域有几何动态再结晶发生。

    2024铝合金帽型样品在动态加载过程中,剪切区域在80μs加载时间内的平均应变速率达到了9×104 s-1,并形成了宽度约为100μm的绝热剪切带,剪切带内的绝热温升为590K2024铝合金帽型样品中微观组织特征如下:OM, 剪切带贯穿整个帽型样品,剪切带附近的基体组织在剪切变形的作用下发生弯曲,形成“S”形。EBSD分析可知,剪切带附近的晶粒在剪切应力的作用下破碎,分割成许多具有相同晶粒取向的部分,基体部分在(90°, 35°, 45°)(26°, 90°, 45°)处出现了很强的织构,剪切带中间部分出现了新的立方(cube)织构。立方织构是典型的再结晶织构,它的出现意味着剪切带中心区域发生了动态再结晶。对剪切带及其附近区域晶粒旋转情况分析可知,为了保持周边晶粒的协调性,从剪切带周围到剪切带中间,晶粒的细化行为持续发生,并发生了晶格旋转,产生了大量的几何必须晶界。因此,结合剪切带内的微观取向和晶格旋转以及绝热温升和动力学的计算结果,2024铝合金帽型样品绝热剪切带中发生了旋转动态再结晶。


      

    王晓燕 2013-2016

    粗晶β钛合金剪切局域化及其微观结构研究
    Shear localization and its microstructure evolution in coarse grained beta titanium alloys

    以粗晶粒TC18钛合金材料为研究对象,系统地研究了粗晶粒TC18钛合金在动态加载变形过程中的本构方程和绝热剪切行为。首先通过设计不同尺寸的圆柱样品来获取不同的应变速率的变形以及设计不同的帽高的帽型样品来获取不同大小的名义剪切应变,利用分离式Hopkinson压杆装置分别在常温和低温条件下进行动态加载实验,并采用OMSEMTEMEBSD等分析方法观测帽型样品绝热剪切区域的微观组织特征。研究内容包括以下几个方面:

    1) 通过选用不同尺寸的圆柱样品,对粗晶粒TC18钛合金试样进行不同应变速率的动态加载,获取粗晶粒TC18钛合金动态本构方程;

    2) 通过设计不同帽高的帽型样品,分别在常温和低温下对粗晶粒TC18钛合金样品进行不同名义剪切应变的动态加载,获取高应变速率条件下粗晶粒TC18钛合金在常温和低温下的绝热剪切带;

    3) 研究在高应变速率变形条件下,材料结构特征(晶粒尺寸)和外界条件(环境温度、样品尺寸)对于TC18钛合金中剪切带宽度的影响规律。

    4) 研究常温和低温下帽型样品剪切区域的微观组织及微观织构特征,并探索粗晶粒TC18钛合金剪切带中的微观结构演化过程;研究常温和低温下粗晶粒TC18钛合金绝热剪切带内晶粒的细化机制。

    材料在动态载荷的条件下很容易发生绝热剪切现象,当在构件中发现剪切带时,往往就意味着材料承载能力的下降或丧失,绝热剪切带的产生被认为是材料失效的前兆。但材料产生绝热剪切带时,剪切带内往往会产生超细晶粒。因此,研究高应变速率下粗晶粒TC18钛合金在不同温度下的绝热剪切变形,将有助于更深入地了解钛及钛合金的动态变形规律和组织演变机理以及绝热剪切带内的晶粒细化机制,在优化材料结构设计、提高材料动态性能、制备超细晶等方面,具有非常重要的工程应用价值。


      

    付遨 2016-2019

    应变速率对SPS高熵合金力学行为的影响
    Strain rate effect on the mechanical behavior of high entropy alloys processed by Spark Plasma Sintering
    fuao364@163.com