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。     

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。     

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。     

纳米晶体镍片剪切带演化的实验研究

以高纯度、高致密度的纳晶金属镍片为研究对象,利用数字图像相关方法研究了其在单轴准静态拉伸载荷下的剪切带化变形行为,系统分析了纳晶金属镍片中剪切带的萌生及演化规律,定量分析了剪切带形核、扩展和失效的重要节点,讨论了纳晶镍剪切带的物理特征。结果显示:剪切带的演化发展是纳晶镍试样塑性变形的主要形式,是纳晶镍试样具有较低延性的原因。     

制备方法对块体纳米晶镍组织性能的影响

以高能球磨法和等离子体蒸发法制备的纳米晶镍粉为原料,采用预压烧结法制备了块体纳米晶镍.采用XRD、SEM和自动压汞仪对试样的微观组织结构及孔隙率进行检测,对其硬度、压缩强度进行测试.结果表明:由于等离子体蒸发法制备的纳米晶镍粉为均匀、细小的球状晶粒,具有较小的微观应变,从而比球磨试样更易于成型,块体的致密度更高,热稳定性更好.等离子体蒸发试样的硬度较高,压缩屈服强度达310～410 MPa,表现出较低的加工硬化和良好的塑性压缩形变能力,断口为沿晶断裂,晶界滑移在变形中起到重要作用.     

块体纳米晶镍的制备及力学性能研究

采用直流电弧等离子体蒸发+预压烧结法制得块体纳米晶镍。对纳米晶镍的晶粒度、孔隙率进行了表征,对其压缩强度、应变速率敏感性及压缩对晶格畸变、晶粒尺寸的影响进行了研究。结果表明,纳米晶镍的晶粒尺寸随烧结温度的升高而增大,725℃烧结时块材相对致密度达97%。压缩强度随晶粒尺寸减小而增大,且与压缩速率成正比;最大抗压断裂强度达到600MPa,表现出较低的加工硬化和良好的塑性压缩形变能力,断口为沿晶断裂;压缩会引起晶格畸变量的减小和晶粒的细化。     

梯度纳晶镍拉压不对称性分子动力学研究

基于分子动力学模拟研究了在拉伸和压缩载荷下梯度纳晶镍的力学性能和微观变形机制。结果表明，梯度纳晶镍在压缩载荷下的平均流动应力大于拉伸载荷下的平均流动应力，反映出较为明显的拉压不对称性，同时拉压不对称性随着晶粒尺寸梯度的增大越发明显，在晶粒梯度为0.230时，应力拉压不对称性达到最大，此后随晶粒梯度的增大而逐渐减小。通过统计发现，梯度纳晶镍在变形过程中位错运动和位错密度也存在拉压不对称性。进一步定量分析得知，位错密度拉压不对称性随晶粒梯度的变化趋势与平均流动应力的应力拉压不对称性一致，证实了位错运动是导致应力拉压不对称性的直接原因。     

试样尺寸对镁基块体金属玻璃压缩力学行为的影响

研究试样直径和高径比对3种镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10压缩变形行为的影响,探讨镁基块体金属玻璃断裂模式的转变机制。压缩应力—应变曲线和断口扫描电镜观察结果表明:镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10在压缩条件下可在3个不同的变形阶段发生断裂,第1个是弹性变形阶段,在此变形阶段金属玻璃都以解理方式断裂,无塑性;第2个变形阶段的断裂为解理和剪切混合方式断裂,金属玻璃具有一定的剪切塑性变形;第3个变形阶段为稳定剪切锯齿塑性流变阶段,在此变形阶段金属玻璃都是以剪切方式断裂,具有稳定的塑性变形;镁基块体金属玻璃的断裂模式与尺寸有关,减小试样的直径和高径比都有利于块体金属玻璃由解理断裂向剪切断裂的转变,强度和塑性也相应地得到提高。     

晶粒尺寸对纳晶双峰材料断裂韧性的影响

为了描述由纳晶基体和粗晶颗粒组成的纳晶双峰材料的断裂韧性,通过建立一个粘聚力模型来研究纳晶双峰材料的临界应力强度因子K_(IC)(表征材料断裂韧性)。考虑到纳晶双峰材料的一个典型情况:裂纹位于2个纳晶颗粒的交界面处,裂纹尖端与粗晶粒的晶界相交,假设粘聚区的尺寸等于纳晶颗粒的尺寸d。裂纹的钝化和扩展过程受位错和粘聚力的共同影响,刃型位错是从粘聚力裂纹的尖端发射,该过程对裂纹产生屏蔽效应。模型计算结果显示:当粗晶颗粒尺寸D确定时,K_(IC)随着纳晶材料晶粒尺寸d的增大而增大;当纳晶材料晶粒尺寸d确定时,K_(IC)随着粗晶材料晶粒尺寸D的增大而增大;相对于纳晶颗粒的尺寸,断裂韧性对粗晶晶粒的尺寸更加敏感。     

孪晶距对纳米钨力学性能影响的分子动力学模拟EI北大核心CSCD

为了研究孪晶间距的大小对纳米钨力学性能及变形机理的影响,利用分子动力学对不同孪晶间距的孪晶钨进行了单轴拉伸模拟。使用近邻列表技术(CNA)和位错分析方法(DXA)对拉伸过程中纳米钨的变形失效过程和微结构演化进行了表征分析,从而揭示孪晶间距对纳米钨力学性能影响微观机理。结果表明:孪晶钨变形过程中出现的相变、孪晶界的变形以及去孪晶化的现象会改变孪晶钨中裂纹的扩展方式,提高孪晶界的变形能力;而随着孪晶间距的减小即孪晶密度的增加,可变形的孪晶界增多,导致纳米孪晶钨的断裂应变增加。由于孪晶界中存在能量较高的相互作用的特殊三原子结构使纳米钨中更容易出现晶体缺陷,缺陷会在拉伸载荷作用下快速形成裂纹,导致晶体断裂失效,严重降低了纳米钨的屈服强度。此外,孪晶界的存在显著降低了几何必须位错的数量同时阻碍了位错的滑移运动,位错难以发射和运动,从而导致塑性变差。     

非晶材料压缩变形中纳米晶化现象的分子动力学模拟

利用分子动力学方法对非晶纯镍材料压缩变形过程中纳米晶化现象进行了模拟，研究了非晶变形过程中绝热温升对非晶晶化的影响，结果表明，绝热温升不是导致非晶晶化的主要因素．从微观结构演化的角度考察了非晶晶化过程中晶粒的形核和长大，分析发现，应变导致非晶态金属从亚稳态结构逐渐向稳态结构转变，在系统内部的部分短程序原子团逐步合并形成小的晶核，随着应变的增加，晶核逐渐长大，形成一定尺寸的纳米晶粒．     

形变诱发纳米孪晶对0Cr22Mn17MoNbN钢的强化作用

以0Cr22Mn17MoNbN高氮无镍奥氏体不锈钢为试验材料,研究了其不同压缩量冷变形后的显微组织及拉伸性能.结果表明,试验钢在固溶处理状态下为单相奥氏体组织,奥氏体晶内存在大量退火孪晶.经压缩冷变形后,晶粒及晶内孪晶结构明显细化,形成了层状高密度纳米孪晶,材料表现出非常高的强韧性.     

2A02航空铝合金激光冲击诱导的表层纳米化

采用输出波长为1064 nm、脉冲宽度为20 ns的调Q钕玻璃激光,对2A02航空铝合金板表层进行了激光冲击,用透射电镜及其高分辨像的傅里叶过滤像分析了激光冲击后样品表面的微结构演变,研究了激光冲击诱导的纳晶化行为与形成机理及其对表面性能的影响。结果表明,激光冲击能在2A02航空铝合金板表面形成直径为～100 nm的纳米晶;表面纳晶层的硬度比基体提高54.5%。分析认为2A02铝合金表面纳晶化过程是激光冲击超高应变率和超高能量共同作用下由位错和空位等非平衡缺陷诱导的晶粒分化过程。     

块体纳米晶金属材料的性能与变形机理研究进展

简要介绍了块体纳米晶金属材料的制备技术及其特点,讨论了块体纳米晶金属材料的强度、硬度、塑性、热稳定性方面存在的问题以及解决方法。分析了在纳米晶金属材料中可能存在的各种变形机理,并探讨了纳米金属材料的发展趋势。     

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。     

纳米晶Ni晶间断裂的数值模拟

提出了一种针对超细晶和纳米晶金属(主要是fcc金属)晶间断裂的微结构计算模型,即采用基于机制的应变梯度塑性(CMSG)理论描述晶粒内部材料塑性变形过程中的变形、强化和尺度效应;采用黏聚力界面模型来模拟晶界的滑移和分离现象,以及晶间裂纹的萌生和演化,直至晶间断裂导致的材料失效.利用该计算模型模拟了纳米晶Ni的拉伸实验过程,对纳米晶Ni宏观力学行为和晶间微裂纹萌生与扩展之间的关系进行了研究,验证了针对超细晶和纳米晶力学性能的计算模型的有效性;同时,模拟结果表明,非均匀塑性变形导致高应变梯度效应,晶粒塑性变形强化显著,使晶界主导的变形机制对纳米晶金属的整体力学性能产生重要影响.     

镍基合金617B的微观组织与力学性能（英文）

采用SEM、TEM和力学性能测试研究镍基合金617B在750°C下时效5000h过程中的微观组织稳定性和力学性能。在时效过程中,合金617B析出M23C6碳化物和γ′相,前者分布于晶界和晶内,后者分布于晶内。随着时效时间的延长,析出物颗粒尺寸逐渐增大。碳化物和γ′相颗粒起到析出强化作用,并提高时效态合金的硬度和强度。在时效过程中,时效态合金的强度和硬度具有良好的稳定性。合金617B时效后的韧性降低是由于γ′相抑制晶界附近的弹性变形,导致晶界裂纹形成;此外,晶界碳化物析出导致其与基体相的界面强度降低,晶界处易产生裂纹。这使得时效态合金的冲击韧性降低。但在时效过程中,时效态合金的韧性具有较好的稳定性是由于时效5000 h过程中析出相的分布未发生明显变化。     

Mg-Cu-Y块体金属玻璃的塑性变形特性

通过对Mg-Cu-Y块体金属玻璃在深过冷液体区间塑性变形特性的研究，探讨了影响其塑性变形的因素及其影响规律。结果表明，加载温度和时间均对其塑性变形有明显的影响，在深过冷液体区间，要达到合适的变形量，加载温度和时间必须适中；Mg-Cu-Y块体金属玻璃在压缩条件下能够发生流变，较好地复制模具表面的显微形貌。同时，在加载条件下，Mg-Cu-Y块体金属玻璃更容易发生晶化。     

AZ31镁合金变路径压缩的力学性能和孪晶机制

对AZ31镁合金轧制板材进行变形方向依次为轧向(RD)、横向(TD)、轧向和横向的变路径压缩实验,研究变形过程中的力学性能,并采用电子背散射衍射(EBSD)观察上述变形过程中晶粒取向变化,分析孪晶变体的启动情况。结果表明:在变路径压缩过程中,各路径压缩过程依次对应拉伸孪晶、二次孪晶、解孪晶和拉伸孪晶的微观变形机制,首次变形所产生的预应变提高后续变形中孪晶形核启动力,使后续变形过程的屈服强度大幅增加。二次孪晶的启动遵循Schmid定律,孪晶变体启动的选择性倾向明显,由t1或t5变体来完成二次孪晶。     

纳米晶镍块体的制备及烧结致密度研究

以高能球磨法和直流氢电弧等离子蒸发法两种不同工艺制备纳米晶镍粉体,并结合预压烧结工艺制备了纳米晶镍块体试样,研究了纳米晶镍块体结构、形貌的变化.运用TEM技术观察了两种粉体的形貌,并给出了选区电子衍射图;运用XRD、Archimedes法等分析手段对纳米晶镍块体的致密度及晶粒尺寸进行测定,并对两种试样进行了对比分析,表征结果显示,随着烧结温度的升高,纳米晶镍块体试样的晶体尺寸增大,晶格应变减小,同时致密度增加;高能球磨试样晶粒生长速率和致密度升高速率比等离子蒸发试样的快.