粗晶与纳晶镍片拉伸力学行为

和普通粗晶金属材料相比,纳米晶体金属通常具有较高的强度和硬度,但其韧性明显降低。为了探究导致纳晶金属低韧性的原因,以高纯度、高致密度的粗晶和纳晶金属镍片为研究对象,利用数字图像相关技术研究了其在单轴准静态拉伸下的力学性能。通过分析2种试样的应变场证实,粗晶镍的塑性变形是均匀的,而纳晶镍的塑性变形表现出局部剪切带化。这种局部剪切带化行为是导致纳晶镍过早断裂的主要原因。     

等离子蒸发制备的纳晶镍的压缩变形机理（英文）

与传统粗晶金属材料相比,纳晶金属具有特殊的变形机理。为了探索纳晶金属的变形机理,以等离子蒸发结合热压烧结制备的块体纳晶镍为研究对象,进行了准静态压缩力学性能测试,并且利用XRD和TEM技术对试样压缩前和压缩后的微结构演化进行了研究。结果表明:块体纳晶镍表现出较高的压缩强度和较好的韧性,且强度和韧性均具有率相关性。同时,纳晶镍压缩变形后晶粒尺寸较压缩前减小,但其微应变增加。结合纳晶镍的力学行为和压缩过程中微结构的演化,预测晶界位错运动和晶界滑移的联合机制是块体纳晶镍压缩过程中塑性变形的主要机理。     

等离子蒸发制备的纳晶镍的压缩变形机理

与传统粗晶金属材料相比,纳晶金属具有特殊的变形机理。为了探索纳晶金属的变形机理,本文以等离子蒸发结合热压烧结制备的块体纳晶镍为研究对象,进行了准静态压缩力学性能测试,并且利用XRD和TEM技术对试样压缩前和压缩后的微结构演化进行了研究。结果表明：块体纳晶镍表现出较高的压缩强度和较好的韧性,且强度和韧性均具有率相关性。同时,纳晶镍压缩变形后晶粒尺寸较压缩前减小,但其微应变增加。结合纳晶镍的力学行为和压缩过程中微结构的演化,本文预测晶界位错运动和晶界滑移的联合机制是块体纳晶镍压缩过程中塑性变形的主要机理。     

纳晶与粗晶镍片微划痕力学行为与变形机制

纳米晶体材料优异的力学性能和特殊的变形机制为其工程应用奠定了基础。为探究纳晶材料的力学性能与变形机制,以高致密度和高纯度纳晶镍片为研究对象,利用微划痕技术测试其划痕硬度、抗划痕性能、划痕回弹性能、摩擦力与摩擦系数等力学行为,并与粗晶镍片进行了对比。结果表明,纳晶试样具有较高的划痕硬度和抗划痕能力以及较低的摩擦力与摩擦系数。同时,基于划痕力学行为探讨了2种试样的塑性变形机制。结果显示,纳晶镍试样的塑性变形机制以晶界滑移和晶间扩散为主,而粗晶镍试样的塑性变形中位错的发射与堆积占主导。     

Al-4%Cu合金中锯齿形屈服剪切带的变形测量

通过高速CCD（1000 fps）连续记录Al—4％Cu合金材料在拉伸实验中出现的B型锯齿形屈服（PLC）剪切带发生前后一系列非相干光散斑图,结合数字散斑相关法图像分析技术,定量地给出了PLC剪切带及周围区域的位移和应变的空间分布,再现了PLC剪切带随时间演化发展的过程．实验结果清楚地证实了B型PLC剪切带的一种演化机制,即先在试样一侧成核,然后与拉伸轴成一定角度横向贯穿整个试样,最终形成非均匀塑性变形带．实验结果表明,在PLC剪切带形成瞬间变形带外存在弹性收缩变形．     

Zr_(65)Al_(7.5)Ni_(10)Cu_(12.5)Ag_5非晶合金压痕下方剪切带形貌的研究

以Zr65Al7.5Ni10Cu12.5Ag5块体非晶合金作为研究对象,采用界面压痕技术和扫描电子显微镜,分别对铸态、轧制态以及轧制-退火态试样压痕下方的剪切带形貌进行了研究。实验结果表明,铸态试样以半圆形剪切带为主,同时存在少量的射线状剪切带,并且形貌比较规则;轧制态试样的剪切带形貌变得很不规则,很难分辨半圆形和射线状剪切带,并且随着变形量的增加,剪切带形貌的不规则程度增加;轧制-退火态试样中重新出现了规则的半圆形和射线状剪切带,变形量对剪切带形貌几乎没有影响。这些结果说明,轧制态试样压痕下方剪切带形貌不规则的主要原因是轧制变形使剪切带中自由体积含量显著增加。     

纳晶Cu-Ag双峰材料热传导行为特性研究

采用热压烧结法制备了具有双峰结构的纳晶Cu-Ag复合材料和纳晶Cu金属材料,采用激光法测定了试样在不同温度(200~400 K)下的热导率。测量结果显示,2种纳晶金属材料热导率随晶粒尺寸的增加而增加,并且随温度的降低而减小。在300 K下平均晶粒尺寸为150 nm的纳晶Cu-Ag双峰材料试样的热导率为163.45 W/m·K,分别占粗晶Cu和粗晶Ag的40.7%和38.1%。本研究引入并改进了卡皮查热阻理论模型对试样热导率进行了数值计算,计算结果与实验数据基本一致,纳晶Cu-Ag双峰材料热导率明显低于单晶Cu/Ag块体,纳晶金属材料热导率随着晶粒尺寸的增加而增加,验证了纳晶Cu-Ag双峰材料热导率在一定的晶粒尺寸范围内具有尺寸效应。     

双剪切试样的应力应变分析及其在镍基单晶超合金上的应用

双剪切试样是设计用于研究镍基单晶超合金的蠕变问题。本文研究该试样详细的蠕变应力和应变分布以及边界条件的影响。计算结果表明,利用ABAOUS和RIGID SURFACE作为边界的初步分析是保定的,因为它只能保证在10％蠕变应变内的精确性。利用更真实的边界条件（ABAQUS中的CONTACT PAIR）,能给出更均匀和更高应变时的精确性。建立了材料蠕变性能参数（Norton律）和双剪切试样宏观响应的关系,使得能够利用双剪切试样试验来确定材料蠕变性能参数,并已给出了相应的公式。本文利用镍基单晶超合金的试验数据对镍基单晶超合金双剪切试样进行分析,并与试验结果进行对比,结果相当一致。     

ZK60镁合金绝热剪切行为及损伤断裂研究

利用高应变率厚壁圆筒外爆压缩实验,分别加载固溶态和挤压态试样,观察其绝热剪切带数量、分布规律(间距)及其扩展和损伤等,研究ZK60镁合金绝热剪切行为及损伤断裂。研究表明,多条剪切带在扩展过程中是相互竞争的,它们之间存在合并和分叉现象,最终剪切带沿着与径向成45°顺时针或135°逆时针方向几乎对称分布在试样截面上,两种旋向的绝热剪切带并没有出现择优分布。挤压态试样由于强度更高,其绝热剪切敏感性更高。裂纹优先在绝热剪切带内部形核,实验中观察到裂纹位于剪切带的边缘,这与绝热剪切带温度场分布有关。     

冷却方式对TC21钛合金绝热剪切敏感性的影响

采用分离式Hopkinson Bar技术,对热处理后经3种冷却方式的TC21钛合金帽形试样进行动态剪切试验,结合宏观力学响应及微观形貌分析,研究冷却方式对TC21钛合金绝热剪切敏感性的影响。结果表明:热处理后的冷却方式对TC21钛合金在高应变率下的绝热剪切敏感性有较大影响;在相同应变率下,水冷试样的绝热剪切敏感性最高,炉冷试样的其次,空冷试样的最低;在4300 s~(-1)应变率下,水冷试样开裂程度较为严重,裂纹不仅在剪切带中延伸,还在基体中大幅度扩展,绝热剪切带最短、最窄;炉冷试样中裂纹尖端较为尖锐,且沿剪切带呈现了进一步扩展的趋势;空冷试样开裂程度较弱,裂纹没有呈现出进一步扩展的迹象,剪切带最长且最宽。     

Anatomy of nanomaterial deformation: Grain boundary sliding,plasticity and cavitation in nanocrystalline Ni

The deformation of nanocrystalline metals is a complex process that involves a cascade of plastic events, including dislocation motion, grain boundary activity and cavitation. These mechanisms act simultaneously and synergistically during fracture, masking their individual roles and often resulting in a wide range of failure modes in the same material. Using large-scale molecular dynamics simulations, we dissect the size-dependent deformation of nanocrystalline Ni nanowires for a range of diameters spanning a few nanometers to the bulk. By analyzing the localization of von Mises shear strain and stress triaxiality, we identify the key nanostructural features, the role of each elementary process and the dominant deformation mechanism as a function of sample diameter. Our atomic level analysis not only provides a fundamental understanding of the deformation of nanocrystalline Ni, but also demonstrates that large-scale simulations can be an essential complement for modern in situ electron microscopy/atom-probe tomography.     

一种新的具有室温大塑性的Zr基块体非晶合金

通过二元共晶比例法设计了一种新的具有室温大塑性的Zr51Al9.96Ni14.34Cu24.7块体非晶合金.该合金室温压缩最大强度达2356 MPa,塑性应变达14.6%.高分辨透射电镜(HRTEM)及热分析(DSC)结果表明,压缩过程的变形诱发了纳米晶化.纳米晶的形成一方面诱发新的剪切带的形成,增加了剪切带的密度;另一方面阻碍了剪切带的进一步扩展,使大量初始剪切带与二次剪切带的交割和分叉,因而导致所研究非晶合金优异的塑性变形能力.     

Stable flowing of localized shear bands in soft bulk metallic glasses

This paper reports a novel class of Zr–Cu–Fe–Al bulk metallic glasses (BMGs) with high Zr content and unusual deformation behavior. Higher content of Zr results in lower hardness, but favors the generation of highly localized shear bands, even if nanocrystalline phases precipitate in the glassy matrix. Moreover, flow of the dominant shear band proceeds slowly under compressive stress without rapid shear rupture and facture. The unusual deformation behavior suggests that designing BMG with a high content of solvent element and low hardness might be a promising new way of developing ductile BMG.     

Nanocrystalline refractory metals for extreme condition applications

For the last decade, there has been research aimed at engineering plastic instability into the deformation behavior of body centered cubic (b.c.c.) metals. At dynamic strain rates, the adiabatic shear band deformation mode has been shown to improve the performance of kinetic energy penetrator materials. However, for some b.c.c. metals the transition to localized plastic deformation dominates at all strain rates. This limits the traditional engineering properties (e.g., ductility and toughness) and feasibility of incorporation into a long rod penetrator system. Recently, we demonstrated that nanocrystalline tantalum shows significant promise as it deforms via adiabatic shear bands in dynamic compression but shows significant tensile elongation in quasi-static deformation.     

车用铝合金在剪切应力状态下变形及损伤机理研究

采用Iosipescu和双缺口拉伸实验,对车用铝合金(5052)在剪切和准剪切应力条件下的大变形和损伤机制进行研究。断口分析和有限元三向应力度计算表明纯剪切条件下材料主要以剪切滑移带变形并萌生微裂纹,基本不产生孔洞损伤。而准剪切条件下材料损伤存在有微孔洞和剪切带混合并发机制。高三向应力度区首先出现微孔洞裂纹起始,但随着损伤向剪切应力区过渡,三向应力度不断降低,孔洞的长大聚合受到抑止,转而出现剪切滑移带中的平行微裂纹,材料最终主要以剪切滑移失效。     

块体非晶合金绝热升温与锯齿流变机制

对Zr41．2Ti13．8Ni10Cu12．5Be22．5块体非晶合金压缩条件下的力学行为进行了研究,利用应变能理论,以面积比(As／A)为参量,计算出了流变过程中剪切带形成时变形区域的温度,变化规律结果表明：随着变形的增大,弹性应变能增加,形成剪切带时的温度逐渐升高,当剪切带面积比As／A值小于1／4时,升高的温度将达到或超过玻璃转变温度,导致变形区域粘度降低,从而促进剪切带继续扩展并导致最终断裂．此局部温度变化规律揭示了块体非晶合金锯齿流变直至断裂的机制．     

Mechanical properties in tension of mechanically attrited nanocrystalline iron by the use of the miniaturized disk bend test

The mechanical properties of warm compacted nanocrystalline (nc) iron powder compacts of near theoretical density in the grain size range between 8 and 33 nm were investigated. The elastic and plastic behavior were characterized by miniaturized disk bend tests and hardness measurements. Light and scanning electron microscopy (SEM) were used to document the deformation and fracture morphologies. The Young's modulus of the nc Fe was essentially the same as that of coarse grained Fe. All samples failed in a macroscopically brittle manner. Local plasticity in shear bands was observed in the samples with the larger grain sizes (>20 nm). An increasing failure stress with increasing grain size is probably due to a processing effect on the flaw controlled failure of the samples. The results are discussed in the context of the deformation and fracture behavior of micrometer grain size metals and alloys.