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中国科学院金属研究所张振军获国家专利权

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龙图腾网获悉中国科学院金属研究所申请的专利一种通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN114743616B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202111520191.0,技术领域涉及:G16C60/00;该发明授权一种通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法是由张振军;曲展;张哲峰设计研发完成,并于2021-12-13向国家知识产权局提交的专利申请。

一种通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法,属于金属材料力学性能预测技术领域。本发明根据第二相主导铝合金位错滑移方式导致位错湮灭再分配,提出第二相湮灭系数k参数化这种影响,建立了含有第二相材料加工硬化能力定量预测方法。本发明通过透射照片获得析出相的形貌信息,便可实现铝合金加工硬化能力的定量预测,节约了拉伸试验所耗费的实验费用和时间,提供了一种不需要拉伸测试破坏服役构件的简单、快速可靠的预测方法,对铝合金工程构件的材料选择与设计具有重要的指导意义。同时该预测方法的准确性进一步验证析出相对位错湮灭的影响机理,丰富了加工硬化理论,对铝合金拉伸本构关系的建立具有重要的借鉴意义。

本发明授权一种通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法在权利要求书中公布了:1.一种通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法,其特征在于:对于面心立方金属,拉伸应力-应变本构关系满足Voce指数形式,具体形式可化简为公式1: σ=σs-σre-nε1; 公式1中,σs、σr和n分别对应于材料的饱和强度、剩余强度和应变硬化指数,其中可以看出材料的加工硬化能力取决于应变硬化指数n,因此根据n值的大小可以定量预测材料的加工硬化能力;应变硬化指数n与等效位错湮灭距离ye直接相关,满足公式2: 公式2中,M为泰勒因子,取3.1;b为材料的伯格斯矢量,对于铝合金b=0.286nm;公式2用来研究材料加工硬化能力和微观组织间的联系;但对于基体中含有第二相的变形铝合金,第二相存在会导致位错湮灭的再分配,即滑动位错在遇到异号林位错之前,会存在一部分在第二相上发生湮灭,另一部分位错与林位错发生交滑移湮灭;对于铝合金基体中含有第二相的情况,第二相会提升其周围的位错湮灭距离,使得基体位错被吸收并湮灭于第二相上;因此提出通过一个系数k反映第二相对基体的湮灭距离的平均影响,那么在第二相周围的位错湮灭距离ys可以表示为公式3: ys=kym3; 公式3中,ym是基体的本征位错湮灭距离,而ys是第二相所引起的强制湮灭距离,k定义为第二相湮灭系数,其表示第二相对基体位错湮灭距离提升的平均效应,取决于第二相的类型和相界面特征; 进一步提出将变形铝合金看成基体林位错交互作用区域和第二相所影响的强制位错湮灭区域faff组成的复合材料,因此根据混合准则,在铝合金中,等效位错的湮灭距离ye需要被修正为公式4: ye=1-faffym+faffkym4; 公式4中,faff表示被第二相所影响的体积分数;联立公式2、3和4,得出含有第二相材料的应变硬化指数n的修正公式5: n=n0+n0k-1faff5; 公式5中对应不含第二相时,即单相固溶体的应变硬化指数,与合金的成分相关;进一步提出第二相的影响区域是以第二相为中心的椭球,那么faff可以被表示为以下公式6形式: 公式6中,d和l为第二相的直径和长度;fsp为第二相的体积分数;关于第二相特征,采用长径比ω和典型尺寸进行描述,典型尺寸即长轴尺寸,对于棒状或板状的细长第二相为其长度l;对于盘状或球状的扁平第二相为其直径d;对于两种典型的第二相,长径比呈现不同的表示形式,棒状或板状的细长第二相表示为ω=ld,盘状或球状的扁平第二相表示为ω=dl;因此对于基体含有体积分数为fsp和长径比为ω的两种典型的第二相,faff具有不同的表达形式,对于棒状或板状的细长第二相可以分别表示为公式7a: 对于盘状或球状的扁平第二相可以分别表示为公式7b: 在此基础上,所述的通过析出相形貌定量预测铝合金加工硬化能力的方法包括如下步骤: 1对目标铝合金进行完全固溶处理获得对应合金成分的单相固溶体;在一定的温度下进行一定时间的时效处理,获得成分相同但微观组织不同的时效态; 所述的固溶处理应确保析出相能完全固溶于基体;时效处理温度应低于铝合金的再结晶温度,防止晶粒长大;时效时间应大于铝合金的峰时效时间,确保第二相都是被位错绕过;这一时效态合金与固溶态合金以及所预测的时效态合金应该包含如下特征:成分相同,晶粒尺寸相同,初始位错密度相同,析出相形貌不同; 2进行室温轴向拉伸实验,将拉伸工程应力应变曲线转化为真应力应变曲线,对真应力应变的加工硬化曲线段进行指数拟合获得完全固溶态的应变硬化指数n0及对应时效态的应变硬化指数n; 3进行透射样品制备对该时效态的第二相形貌进行观察,根据透射照片统计第二相的体积分数fsp、长径比ω和典型尺寸:对于棒状或板状的细长第二相为长度l;对于盘状或球状的扁平第二相为直径d; 4根据步骤2、3所获得的对应时效态的n和第二相形貌特征:fsp、ω、l和d代入公式5和公式7a、7b可得到关于k的一元四次方程,这类方程有四个解,其中有两个虚数解可直接排除,另外根据k≥1便可获得对应材料的第二相湮灭系数k; 5根据步骤2和步骤4所获得的单相固溶体的硬化指数n0和第二相湮灭系数k,对目标铝合金的任一时效状态采用步骤3的方法获得析出相形貌照片并统计第二相形貌特征:fsp、ω、l和d代入公式5和公式7a、7b便可定量预测对应材料的应变硬化指数n,从而根据应变硬化指数n大小衡量不同组织状态的加工硬化能力。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人中国科学院金属研究所,其通讯地址为:110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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