纳米孪晶铜力学性能和尺度效应的研究

采用基于机制的应变梯度塑性的传统理论(CMSG),对具有不同尺寸的铜纳米晶粒及孪晶的应力-应变关系进行了有限元模拟.在分析中提出了孪晶薄层强化带的概念并用粘聚力模型模拟晶界的滑移和分离现象,给出了在单向拉伸条件下不同厚度孪晶薄层和不同材料参数对孪晶铜总体应力-应变关系的影响,同时也给出了晶粒中孪晶薄层取向分布对孪晶铜应力-应变关系的影响.数值模拟结果显示:随着晶粒尺寸和孪晶薄层间距的减小,应变梯度效应逐渐增强,材料强化效果越明显;孪晶薄层的取向分布对材料整体的力学性能有较大影响,并且随着晶粒及孪晶薄层间距的减小,孪晶薄层取向的影响也越来越小.最后,有限元计算结果与实验数据进行了对比分析.     

梯度结构特征对梯度纳米晶Cu力学行为影响的有限元模拟

采用晶体塑性有限元方法，对具有不同晶粒尺寸梯度结构特征的梯度纳米晶Cu的力学行为、应变场和应力场进行了计算分析。结果表明，当晶粒尺寸分布的梯度率n=1时，即晶粒尺寸分布梯度满足线性关系，平衡了强度和塑性两个关键的力学性能指标，梯度纳米晶Cu具有最优的强塑性匹配。梯度纳米晶Cu在变形过程中，粗晶承担了较大的应变，而细晶粒承载了更大的应力。此外，当梯度率n=1时，梯度纳米晶Cu在塑性变形中具有最大的应变和应力梯度，而且体系达到稳定的应变和应力梯度较晚。模拟结果与理论分析和实验结果一致。     

超薄板料微弯曲成形过程中尺度效应的数值研究

近年来,大量的实验研究表明,金属材料在微观尺度下的力学行为不同于经典连续介质力学的预测.由于微米或亚微米量级金属构件在MEMS系统中的广泛应用,这对微构件加工成形过程中工艺参数选取的理论依据提出了迫切的要求.应变梯度塑性理论能够较好地反映材料的尺度效应,文章采用该理论,对超薄板料弯曲成形过程中的尺度效应现象进行了数值研究.计算结果表明,对于微米量级的薄板,其力学行为受板厚的影响很大.当板厚接近于材料特征长度时,其挠度曲线、应力应变分布与经典塑性理论预测有很大的区别;当板厚远大于材料特征长度时,梯度理论预测结果与经典塑性理论预测一致.因此,在超薄板料的塑性成形过程中,工艺参数的选取需要考虑其尺度效应才能达到设计要求.     

具有梯度纳米/微米晶表层的工业纯钛变形和断裂机制（英文）

通过室温表面机械碾磨处理(SMGT),获得从表面到基体具有梯度纳米/微米尺度晶粒的纯钛试样。与未处理纯钛相比,经表面机械碾磨处理(SMGT-treated)的纯钛强度有所提高,塑性介于超细晶与粗晶纯钛之间。表面机械碾磨处理纯钛的拉伸应力-应变曲线具有双加工硬化指数特性;同时,随着应变的增加,其加工硬化率逐渐减小,初始屈服阶段的变形由梯度纳米/微米晶表层主导,后期变形由粗晶心部支配。断口形貌分析表明,表面机械碾磨处理纯钛的变形机制属于韧性断裂并伴有大量韧窝。基于裂纹尖端的塑性区尺寸分析可知,梯度纳米/微米晶表层由于具有较高的加工硬化指数及强度,使韧窝尺寸比粗晶心部的更加细小。     

铸态稀土铝锰黄铜的超塑性

研究了铸态大晶粒稀土铝锰黄铜ZHAlMn52-2-5-RE的超塑性与变形温度、应变速率之间的关系，测定了不同变形条件下的流变应力、最大延伸率。结果表明，该材料在铸态大晶粒条件下可获得超塑性。     

柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为

利用室温单向拉伸实验、EBSD和TEM等手段,研究了柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为,探讨了晶粒尺寸对拉伸变形加工硬化速率和塑性变形能力的影响及其机制.结果表明,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜加工硬化速率-真应变关系曲线第2阶段具有显著上升趋势,晶内形成平行分布的小角度亚晶界使位错滑移长度减小并阻碍位错运动是加工硬化速率上升的主要原因,不同于文献报道的等轴晶组织黄铜加工硬化第2阶段形成形变孪晶使滑移长度减小的机制.随着晶粒尺寸的增大,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的屈服强度和抗拉强度降低,而断后伸长率显著增大,由晶粒尺寸为2.0 mm的70.4%增大到晶粒尺寸为6.0 mm的84.4%.较高的抗塑性失稳能力和较好的晶内变形均匀性是大晶粒柱状晶试样具有更优塑性变形能力的主要原因.     

晶体塑性模型分析微圆柱墩粗变形尺寸效应机理(英文)

为了分析单个晶粒变形行为对微成形的影响,将自由表面的晶粒看作单晶体构建晶体塑性模型。基于率相关晶体塑性理论,考虑试样尺寸、初始晶体取向及其分布,分析微圆柱体墩粗变形中尺寸效应机理。结果表明,流动应力随着试样尺寸的减小而明显减小,晶体取向的分布对试样流动应力具有显著影响,并随着塑性变形的进行而减小。由于单晶体的各向异性,在试样表层发生了明显的非均匀变形,这将导致表面粗糙度的增加,小尺寸试样则更加明显。过渡晶粒的存在使得晶粒各向异性对表面形貌的影响减小。模拟结果得到了实验验证,这表明所建立的模型适合于以尺寸依赖性、流动应力分散性和非均匀变形为特点的微成形工艺分析。     

轧辊用Cr5钢静态再结晶行为及元胞自动机模拟

采用双道次热压缩试验研究Cr5钢在道次间隔时间内的静态再结晶行为,结合静态再结晶物理机制与元胞自动机(CA)法,建立Cr5钢静态再结晶CA模型。基于Eclipse开放式平台,采用Java语言编写CA程序实现了对该钢材静态再结晶行为及微观组织演变的模拟,并与热压缩试验得到的微观组织进行对比。结果表明:随着间隔保温时间的增加,静态再结晶体积分数经历了缓慢增加-急速增加-稳定不变3个阶段,平均晶粒尺寸先快速减小,然后减小幅度减慢,当再结晶体积分数接近100%时,其平均晶粒尺寸又会有小幅度的增加;模拟得到的平均晶粒尺寸与试验得到晶粒尺寸值吻合度较高;同时为了进一步验证所建模型的准确性,对不同应变速率下的静态再结晶动力学进行研究,并与描述再结晶动力学的经典理论(JMAK理论)做了对比,其静态再结晶分数和时间关系曲线呈"S"型,Avrami曲线斜率n在2~3之间,与JMAK理论符合较好。     

基于晶界约束作用的金属力学性能研究

采用晶体塑性理论,建立了三维晶界模型,以Al6111-T4板材为例,考虑了相邻晶粒之间的晶界约束作用对应力-应变的影响规律。研究表明,晶粒相对尺寸越大,晶界约束作用越大,材料的流动应力就越大,应变分布越均匀。     

AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸预测模型

采用热模拟实验方法获得了AZ31镁合金热变形真实应力-真实应变曲线，分析了变形工艺参数对AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸的影响规律。随着塑性变形应变速率的增大，动态再结晶晶粒尺寸减小。随着塑性变形温度的升高，晶粒尺寸增大。基于Yada模型，建立了AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸与变形工艺参数关系模型，以及动态再结晶临界应变与变形温度关系模型。晶粒尺寸预测模型计算值与实验值相吻合，最大相对误差为8.5%。临界应变模型计算值与实验值相吻合，最大相对误差为8.1%。建立的动态再结晶晶粒尺寸预测模型和临界应变预测模型的适用条件为变形温度250～400℃,应变速率0.01～1.0 s^-1。     

细观非均质性对多晶材料塑性行为的影响

构建晶粒取向随机分布的多晶集合体,采用晶体塑性本构模型,对多晶材料塑性宏观响应与细观结构的关系进行研究．结果表明：多晶材料细观非均质性对材料的宏观力学行为有重要影响;各晶粒之间的相互约束使得等向强化的晶体本构关系在对多晶材料描述时可以模拟Bauschinger效应;分析Bauschinger效应的机理需综合考虑晶粒之间约束．晶粒的弹性各向异性及不同取向的硬化能力等因素．     

On strain gradients and size-dependent hardening descriptions in crystal plasticity frameworks

Strain gradient crystal plasticity models have been quite successful in describing size-dependent deformation. Various formulations have been suggested in the literature involving approaches that vary considerably in principle. In this respect it is important to associate certain classes of material models to specific deformation mechanisms and to investigate possible inherent restrictions. To this end, the scaling relation between dislocation substructures and the order (first order, second order) of strain gradients in the corresponding continuum formulation are discussed. Conclusions for isotropic and kinematic hardening on slip system level and their related orders in the strain gradients are drawn.     

塑性加工技术前沿综述

分析提出了塑性加工的若干技术前沿 ,包括虚拟塑性加工技术、基于知识的塑性加工技术、精密塑性加工技术、基于新能源、新介质和不同加载方式的塑性加工新技术、模具制造新技术。对各技术前沿的研究现状、存在的问题和发展趋势做了科学的分析论述 ,对塑性加工技术的发展具有一定指导意义     

Modeling void growth in polycrystalline materials

Most structural materials are polycrystalline aggregates whose constituent crystals are irregular in shape, have anisotropic mechanical properties and contain a variety of defects, resulting in very complicated damage evolution. Failure models of these materials remain empirically calibrated due to the lack of a thorough understanding of the controlling processes at the scale of the materials’ heterogeneity, i.e. the mesoscale. This paper describes a novel formulation for a quantitative, microstructure-sensitive three-dimensional mesoscale prediction of ductile damage of polycrystalline materials, in the important void growth phase of the process. Specifically, we have extended a formulation based on fast Fourier transforms to compute growth of intergranular voids in porous polycrystalline materials. In this way, two widely used micromechanical formulations, i.e. polycrystal plasticity and dilatational plasticity, have been efficiently combined, with crystals and voids represented explicitly, to predict porosity evolution. The proposed void growth algorithm is first validated by comparison with corresponding finite-element unit cell results. Next, in order to isolate the influence of microstructure on void growth, the extended formulation is applied to a face-centered cubic polycrystal with uniform texture and intergranular cavities, and to a porous material with homogenous isotropic matrix and identical initial porosity distribution. These simulations allow us to assess the effect of the matrix’s polycrystallinity on porosity evolution. Microstructural effects, such as the influence of the Taylor factor of the crystalline ligaments linking interacting voids, were predicted and qualitatively confirmed by post-shocked microstrostructural characterization of polycrystalline copper.     

贝氏体区热处理对马氏体基体冷轧TRIP钢组织与性能的影响

对低碳硅锰试验钢进行水淬和随后的两相区退火与贝氏体区等温处理。利用光镜对热处理后的显微组织进行观察分析，通过拉伸试验测试了热处理后的力学性能，并采用X-ray衍射分析方法检测了拉伸前后残余奥氏体含量的变化。结果表明，热处理后的显微组织是铁素体、贝氏体与残余奥氏体的复合组织，随着贝氏体区等温温度的提高和等温时间的延长，残余奥氏体的体积百分数存在一极大值，在400℃等温5min时残余奥氏体的相对含量最多，此时具有最大的强度、塑性和强塑积。     

宽板弯曲成形过程中的板厚变化规律

根据宽板弯曲过程中的变形与应力分布特征,提出了一种计算弯曲过程中板料厚度随弯曲程度变化的新的近似求解方法。该方法基于塑性增量理论,应用塑性成形过程的体积不变假设和弯曲过程的平截面假设作为算例,得到了理想刚塑性、线性强化刚塑性材料的板料厚度、变薄系数以及应变中性层内移系数随板料弯曲内表面半径变化的规律,并与实验数据进行了比较,两者吻合良好。     

CONSTRUCTION OF QUANTUM FIELD THEORY OF DISLOCATIONS BASED ON THE NON-RIEMANNIAN PLASTICITY

1.IntroductionTherehavebeenmanydiscussionson"straingradienteffect"inrecentyearstointroducealengthscaleinthetheoryofplasticity[1--4].Particularlythefirst--ordergradientofdistortionhasaclearphysicalmeaning,knownas"geometricallynecessarydislocatio.s[1],5namedbyAshby,andFleck-H.tchi.son[2]advocatethestraingradientplasticitybasedonit.Theyexplainscaleeffectsobservedinexperimentsbasedonthetheory,andactuallydeterminethecorrespondingcharacteristicmateriallengths.Aifantis,etal.[3],ontheotherhand,havei…     

阳极溶解对面心及体心立方材料循环塑性的影响

本文研究了阳极溶解对316L,Fe-26Cr-1Mo,In600及In690合金循环塑性的影响.试样表面局部的阳极溶解使材料表面软化,其软化程度与试样表面积(S)与体积(V)的比值有关.S/V愈大,其软化程度愈高.     

微量氢对TC11钛合金塑性的影响

通过试验,研究了微量氢对TC11钛合金塑性的影响。结果表明,对经过淬火工序的TC11钛合金锻件,即使氢含量很低,若不及时进行锻后退火,会因长时间室温放置析出氢化物,而引起锻件室温及高温塑性的严重下降。对这类锻件应特别重视锻后采用除氢退火处理。     

汽车用超高强度钢的合金化方式及组织控制

超高强度钢因其优异的强度及塑韧性而在汽车行业得到广泛应用。针对汽车用超高强度钢,详细介绍了其合金化方式及强化机制,并详细阐述了奥氏体相及其相变所产生的组织增塑效应,以及对组织的调控方法。