鋁合金中Portevin-Le Chatelier效應的多尺度實驗和機理研究.pdf

1、Portevin-Le Chatelier(PLC)效應是合金材料在一定的應變率、溫度或合適的預變形下所出現(xiàn)的特殊失穩(wěn)現(xiàn)象。它表現(xiàn)為時域上的鋸齒形應力屈服和空域上的應變局域化。對PLC效應的微觀解釋，目前被廣泛接受的是動態(tài)應變時效(dynamic strain aging，DSA)理論，即可動位錯與溶質(zhì)原子之間動態(tài)的交互作用。PLC效應作為一個橫跨宏觀變形帶、細觀晶粒變形、微觀位錯運動的多尺度問題，長期得到學術(shù)界重視。鋁合金以其較高的強

2、度質(zhì)量比、良好的耐腐蝕性等一系列優(yōu)點，在國民經(jīng)濟的各個領域都獲得了廣泛的應用。但其在室溫變形時的PLC效應卻嚴重地降低了材料的可加工成形性能。因此，開展鋁合金PLC效應的多尺度實驗和機理研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 本文首先基于數(shù)字散斑干涉法系統(tǒng)研究了Al-Mg合金和Al-Cu合金中的PLC效應，分析了加載應變率、試驗溫度、熱處理方式、合金成分等條件對PLC效應的影響，并結(jié)合DSA微觀機制，對上述現(xiàn)象進行了定性的解釋。這

3、部分工作側(cè)重應力場的研究。接著借助紅外測溫法重點研究了Al-Mg合金中PLC效應的空域行為，討論了PLC效應不同的溫升模式，分析了帶的傾角轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，并計算了帶形成時帶內(nèi)的應變率及變形量。這部分工作側(cè)重溫度場的研究。然后使用透射電子顯微鏡觀測了析出相的形貌、成分及其在不同情況下的分布形態(tài)，考察了隨著應變的增加位錯的增殖和演化過程，并探討了位錯與析出相的相互作用形式。最后綜合宏觀與微觀的實驗結(jié)果，提出了基于析出相與溶質(zhì)原子共同作用的廣義管擴

4、散動態(tài)應變時效機制。
　　 在PLC效應的時域行為方面，研究了應力跌落幅值、重加載時間和臨界應變隨應變率、試驗溫度、退火溫度、淬火溫度、時效、合金成分等參數(shù)的演化規(guī)律。應力跌幅的統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，隨著應變率的減小、試驗溫度的升高或者Al-Mg合金中Mg含量的增加，PLC效應出現(xiàn)了從自組織臨界性向混沌的轉(zhuǎn)變行為。通過對淬火實驗和合金成分實驗各時域特征量的分析，發(fā)現(xiàn)析出相在PLC效應中也起到了重要作用。進一步的低溫實驗表明，沒有溶質(zhì)

5、原子的參與，僅有析出相不能產(chǎn)生PLC效應。
　　 在PLC效應的空域行為方面，基于實驗獲得的溫度場數(shù)據(jù)，分析了三類PLC帶的形成與演化過程，求得了局域變形帶的帶寬、傾角、傳播速度等特征參數(shù)；發(fā)現(xiàn)了PLC效應的兩種溫升模式，并確定了帶發(fā)生傾角轉(zhuǎn)向的位置；實驗和計算都表明，A類型帶形成時不存在帶外收縮，而B、C類型帶形成時帶外存在收縮變形，由此首次提出了將是否存在帶外收縮作為定量劃分PLC效應A、B類型帶的標準。
　　 在微

6、觀實驗方面，通過透射電鏡和能譜分析儀觀測了析出相的形貌和成分；使用透射電鏡驗證了討論淬火溫度和合金成分的影響時對析出相含量的推斷；顯微觀察發(fā)現(xiàn)，隨著塑性變形的增加，位錯密度逐漸增大，其形態(tài)從散布、纏結(jié)演化為胞狀結(jié)構(gòu)，這驗證了位錯的增殖機制；在正在發(fā)生PLC效應的試件中觀察到可動位錯與析出相相互作用的現(xiàn)象，說明析出相也參與了動態(tài)應變時效過程。
　　 在機理研究方面，基于宏觀實驗分析和顯微觀測結(jié)果，綜合考慮溶質(zhì)原子和析出相兩個方面的