孔洞对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响

采用分子动力学方法研究了孔洞尺寸、数量以及位置对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响,分析了材料内部的微观缺陷演化及其与材料力学性能之间的关系。结果表明:Nb元素的加入提高了单晶γ-TiAl合金的屈服强度和弹性模量;随孔洞尺寸和数量的增加,含Nb单晶γ-TiAl合金的屈服强度依次减小,这主要是因为孔洞在拉伸过程中充当位错源的作用,它为位错的形核和发射提供了条件;多个孔洞平行于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最大,垂直于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最小,最容易导致材料失效。     

裂纹位置对含铌γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

为了研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边界裂纹和中心裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了裂纹位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了裂纹位置对裂纹扩展的影响。研究结果表明:中心裂纹的γ-TiAl合金在其拉伸初始阶段,受力并不集中,随后由于原子键的断裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂纹的扩展,因此裂纹要继续扩展需要克服更大的阻力。裂纹在中心位置和边界位置对γ-TiAl合金产生的力学影响不同,边界裂纹对材料产生断裂的危害性更大。     

轧制单层晶铜箔滑移启动和应变局部化的晶体塑性模拟

在晶粒尺度采用晶体塑性有限元模拟极薄带材轧制成形过程,对优化和改进材料模型以及探究极薄带材塑性变形机制具有重要作用.箔材轧制成形性能主要依赖材料的微观结构(晶界、滑移系、取向).采用退火态的单层晶铜箔为原料,进行箔轧实验和晶体塑性有限元模拟.建立反映晶粒形貌、晶界和取向各向异性的单层晶铜箔晶体塑性有限元模型,分析极薄带轧制成形中单/多滑移系启动状态和应变局部化现象.为准确构建晶体塑性有限元模拟的初始晶粒结构,消除微观组织亚表面的影响,采用垂直晶界即在厚度方向上建立只有一层晶粒的铜箔晶粒模型.结果表明:晶粒各向异性影响单层晶铜箔的轧制变形机制;晶界处的变形和滑移系运动状态完全不同于晶粒其他位置;单层晶轧制变形的滑移状态表现出明显的各向异性,出现局部滑移带和应变局部化,随轧制变形量的增大,滑移差异显著增大;晶界两侧局部区域存在滑移和变形的显著差异,这为亚晶和微观裂纹源的形核提供了有利的位置.     

一种含Re单晶镍基合金的蠕变行为

通过组织形貌观察及蠕变曲线测定,研究了一种含Re镍基单晶合金的高温蠕变行为.结果表明,4.2％Re单晶合金在1060～1100℃温度区间具有较好的承温能力,但表现出较强的施加应力敏感性.经高温蠕变断裂后,在试样不同区域γ'相具有不同的组织形貌,在远离断口区域γ'相形成的筏状组织与施加应力轴方向垂直,而在近断口区域,筏状γ'相的粗化及扭曲程度增加为该区域发生较大塑性变形所致.在蠕变后期,合金的变形机制是迹线方向为[011]和[011]的滑移位错切入筏状γ'相,主次滑移系交替开动,使筏状γ '相发生扭折形成不规则的扭曲形态,直至发生断裂是合金的蠕变断裂机制.     

全片层γ-TiAl基合金屈服应力的微结构尺度效应

本文基于多位错塞积模型,研究了γ-TiAl基全片层组织合金的屈服应力与微观结构多尺度的关系,给出了全片层γ-TiAl基合金屈服应力的解析计算公式.重点分析了合金中PST颗粒片层界面强度τλc、晶界强度τdc、片层厚度λ及PST颗粒大小尺度d对合金屈服应力大小的影响.     

一种含4.5%Re/3.0%Ru的单晶镍基合金的高温蠕变行为

通过对含4.5%Re/3.0%Ru单晶镍基合金进行高温蠕变性能测试,并采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对不同蠕变期间的试样进行组织形貌观察,研究了该合金的高温蠕变行为。结果表明,本实验所选用的单晶合金在高温蠕变期间具有良好的蠕变抗力,在1040℃/160MPa的蠕变寿命达到725h。高温蠕变初期,合金中γ′相沿垂直于应力轴方向转变成筏状结构,其稳态蠕变期间的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。高温蠕变后期,合金的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相。位错的交替滑移使筏形γ′相扭曲,并在γ/γ′两相界面发生裂纹的萌生与扩展直至断裂,是合金在高温蠕变后期的断裂机制。     

一种4.5%Re镍基单晶合金在980℃蠕变期间的变形与损伤机制

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了一种Re含量为4.5%Re(质量分数,下同)的镍基单晶合金的高温蠕变行为、变形和损伤机制。结果表明,4.5%Re合金在980℃/300MPa的蠕变寿命为169h。蠕变初期,合金中立方γ′相转变为垂直于应力轴的N型筏状结构。稳态蠕变期间,合金的变形机制为位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。蠕变后期,合金的变形机制为位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ′相。由于γ基体通道较窄,位错在基体通道中滑移所需的阻力较大。剪切进入γ′相的110超位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成K-W锁,从而抑制位错的滑移和交滑移,这是合金具有较好蠕变抗力的主要原因。主/次滑移位错的交替开动,可致使筏状γ′相扭曲,并促使裂纹在筏状γ/γ′两相界面萌生;裂纹沿垂直于应力轴方向扩展,直至断裂,这是合金的蠕变断裂机制。     

影响单晶Ni基高温合金持久性能的因素

本文研究了一些直接影响单晶 Ni 基高温合金持久强度的因素。原始晶界和由机械加工引起的再结晶对性能的危害极大。在经高温持久试验后的单晶中,往往形成亚结构和微孪晶。单晶合金的[001]方向平行应力轴时,持久性能最佳。当[001]方向与应力轴夹角大于10°时,持久强度大幅度下降。单晶合金中碳化物的含量越多,尺寸越大,对持久性能损害越大。初生γ′和共晶相区是单晶合金中的低强度区域,应通过固溶热处理消除。单晶高温合金经组织结构和晶体取向的一系列优化后,持久强度比普通铸造和定向凝固合金显著提高。     

铌对单晶γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

为了研究微观尺度下铌元素对单晶γ-TiAl裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边缘裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了铌元素对γ-TiAl能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了铌元素对裂纹扩展的影响。研究结果表明:加入铌元素后,在相同的应变率条件下,试件的断裂时间延长,能量变化曲线有两个波峰并且出现明显的上下波动的现象;随着应变增加,应力先增大后逐渐减小;裂纹扩展缓慢,形成的断面不平滑,而且裂纹扩展的形态也发生变化。     

基于粘塑性自洽模型AZ31镁合金塑性变形行为研究

以挤压态AZ31镁合金为研究对象,通过修正的VPSC模型,构建耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型,从微观变形机制的角度研究镁合金在不同加载方式下的塑性变形行为。通过EBSD等实验结果与模拟结果对比发现,轴向压缩过程中,协调变形的主要机制为拉伸孪生和基面滑移,拉伸孪晶的大量开启导致晶粒c-轴发生约90°的旋转,使得{0002}基面织构的极密度向挤压(ED)的正反方向偏移,{11-20}和{10-10}棱柱面织构的极密度逐渐向垂直于挤压方向的TD方向偏移;轴向拉伸过程中,变形初期的变形机制以基面滑移为主,棱柱面滑移为辅,随着变形的增加,主导变形机制变为棱柱面滑移;且无论变形百分比多少,{0002}和{11-20}极图基本没有发生变化,只是织构强度有所增加,而棱柱面滑移的大量开启,使得{10-10}棱柱面织构的极密度向ED方向偏移。     

Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金在-196～400℃的断裂机制分析

用金相显微镜和扫描电镜对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金在不同温度下的拉伸试样进行断口分析.结果表明合金在不同温度下启动的滑移系不同,引起合金的变形机制和断裂机制也不同.25℃时合金仅以基面进行滑移,可启动的滑移系少,合金的断裂机制为穿晶解理断裂;-196℃时棱柱面滑移系可能启动,导致滑移系数量增加,合金产生低温塑性现象,合金的断裂机制为微孔聚集型断裂;250,300,350℃时合金进入多系滑移阶段,基面、棱柱面和锥面的滑移系都能启动,合金的断裂机制也为微孔聚集型断裂;400℃时由于再结晶的发生,新再结晶的细晶能非常容易地进行晶界滑移变形,合金产生粗晶超塑性现象,合金的断裂机制为沿晶剪切断裂.     

[110]取向DD3镍基单晶合金的组织结构及蠕变行为

通过蠕变曲线的测定及微观组织观察,研究了[110]取向镍基单晶合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,经完全热处理后,合金中立方γ′相沿〈100〉取向规则排列;蠕变期间合金中形成筏状γ′相的取向与应力轴方向成45°角,蠕变后期在近断口区域筏状γ′相发生扭折。在1040℃、137MPa条件下,合金在稳态蠕变期间具有较高的应变速率和较短的蠕变寿命,而蠕变期间的变形特征是位错在γ基体通道中滑移和剪切筏状γ′相;其中,γ′相形成筏状结构后,沿与应力轴成45°角的基体通道承受最大剪切应力,使蠕变位错易于在基体通道中滑移,是使合金具有较大应变速率的主要原因。     

压下率对轧制单层晶极薄带晶界滑移特性的影响

采用退火态单层晶轧制铜箔为原料,进行不同压下率的箔轧.以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,建立了考虑潜在硬化和晶格转动效应的率相关晶体滑移本构模型,分析了压下率对轧制单层晶极薄带晶界附近区域变形分布特性、取向演化和滑移系激活规律的影响,并探讨其机理.确定了合理的材料本构参数,铜箔拉伸实验与晶体塑性有限元模拟得到的应力-应变曲线一致.所建立的晶体塑性有限元模型,可很好的模拟最大压下率达到80%时轧制单层晶铜箔的变形过程.结果表明:1)由于晶粒形状、晶界及晶粒取向的作用导致晶内-晶间变形分布非均匀性;2)由于晶粒间复杂的相互作用导致晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,且旋转角度和取向分散度随压下率的增加而增大;3)在晶内-晶间不同区域的滑移系启动存在显著差异,启动滑移系随压下率的增加而增多,当压下率小于等于60%时,在晶粒表层和晶界处,滑移系成对发生启动,当压下率达到80%时,表层和晶界处为多滑移系启动情形;4)滑移最先从晶粒表层和晶界处开始,然后向晶粒内部延伸.     

镍基单晶合金蠕变第一阶段性能晶体取向相关性研究

根据镍基单晶合金材料细观结构的定向特点，提出了分析蠕变第一阶段性能晶体取向相关性的细观单元模型。对由晶格错配度和热不协调性所产生的内应力进行了模型分析，用镍基单晶合金ＤＤ３单晶平板８５０和９５０℃实验测量了内应力的宏观响应，并在推导一解析解的基础上，确定模型参数，给合（００１）、（０１１）、（１１１）取向圆棒拉伸试样试验和晶体滑移有限元蠕变分析表明，蠕变第一阶段的晶体取向相关性可以归于以下三个因素     

γ-TiAl基合金机械性能的研究发展

对国内外基于办学模型的γ-TiAl合金的弹性和塑性性能与其微结构的关系的研究进展进行了详细的论述.同时,概述了作者运用细观力学的方法对TiAl合金的弹性和塑性性能的主要研究工作,指出γ-TiAl合金的研究和发展方向.     

一种GH4169镍基合金的组织结构与蠕变性能

通过对一种等温锻造GH4169镍基合金进行直接时效处理,蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了该合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,GH4169合金的组织结构由γ基体,γ′相、γ″相和δ相组成,且各相之间保持共格界面。测定出合金在660℃/700MPa条件下的蠕变寿命为123h。合金在680℃/700MPa的蠕变寿命为39h,在实验温度和应力范围内,计算出直接时效合金的蠕变激活能为588.0kJ/mol。合金在蠕变期间的变形机制是位错滑移和孪晶变形,其中,沿晶界析出的粒状碳化物,可抑制晶界滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。随蠕变进行,开动的滑移系中位错运动至晶界受阻,并塞积于该区域引起应力集中,当应力集中值大于晶界的结合强度时,可促使其在与应力轴垂直的晶界处发生裂纹的萌生与扩展,直至断裂,是合金在蠕变期间的断裂机制。     

Anisotropy of Stress Rupture Properties of DD6 Single Crystal Superalloy at 980℃/250MPa Near [001] Orientation

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响.结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性.这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个<110>{111}滑移系共同作用的结果.同时,原子扩散造成的γ’筏排和γ/γ’相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性.     

近[001]取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久性能各向异性研究

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响。结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性。这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个〈110〉{111}滑移系共同作用的结果。同时,原子扩散造成的γ′筏排和γ/γ′相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性。     

一种镍基单晶高温合金压缩变形的各向异性

将一种镍基单晶高温合金在室温沿不同晶体取向压缩变形,研究了在试样表面形成的滑移线和微观组织的变化。结果表明：这种合金〈111〉取向试样的屈服强度最高,〈001〉取向的强度最低,〈110〉取向的强度居中。〈001〉和〈110〉取向的试样在压缩变形过程中主要启动八面体滑移系,其中〈110〉取向明显观察到双滑移系的开动;而〈...     

强剪切对单层晶极薄带轧制变形行为的影响

为确定最优的极薄带轧制工艺,本研究深入分析了强剪切对轧制单层晶极薄带微观变形行为和晶体转动演化的影响。采用基于位错滑移机制的晶体塑性有限元模型进行模拟,最大异速比达到1.5。建立了晶粒取向随机分布的单层晶极薄带轧制模型,以探究少晶组织的晶界作用特性。结果表明：强剪切导致单层晶极薄带轧制微观变形和晶体转动表现出显著的局部化。强剪切促进了晶粒的剪切变形,使得晶界的协调变形能力增强。在轧制区施加强剪切变形,可使已启动滑移得到扩展,主滑移带缩窄分散形成新的次滑移带,滑移更加集中和各向异性。变形后晶粒取向主要绕箔材宽度方向发生转动和分散,强剪切使转动角度增大和分散点更加集中稳定。模拟表明强剪切严重影响单层晶极薄带轧制变形的各向异性,进而导致择优取向、滑移局部化以及非均匀应力-应变分布。