纯钛晶粒间反应应力对低轧制变形量取向变化的影响

用扫描电镜和背散射电子衍射技术观察了低轧制变形量工业纯钛晶粒取向与形状的变化,统计观测分析了变形过程中实际开动的滑移系,研究了变形过程中晶粒间的力学交互作用及其对滑移系开动和取向演变的影响。用Sachs模型和反应应力模型(RS模型)模拟计算了晶粒变形过程中开动的滑移系及取向的演变。结果显示,工业纯钛多晶体中各晶粒的塑性应变并不符合Taylor变形原则,Sachs模型能够部分地揭示滑移系的开动过程和取向演变的趋势。晶粒的塑性变形不仅取决于外应力的作用,晶粒间的反应应力也会对滑移系的开动和取向演变产生重要影响。采用基于晶粒间交互作用的反应应力模型可以更全面的揭示滑移系的开动过程,更准确的预测变形后的晶粒取向。晶粒间反应应力的高低受多种因素影响,其中,晶粒自身取向及其与周围晶粒取向关系对反应应力大小有重要影响。     

基于材料参数演化修正Arrhenius模型与BP-ANN模型的近 β Ti-55511合金等温压缩过程流动应力预测

为了研究Ti-55511合金在近β区域的热流动行为,在温度973–1223 K、应变速率0.001–1 s^-1条件下,利用Gleeble.3500热模拟试验机进行了等温压缩试验。对实验获得的流动应力曲线进行了修正,降低了摩擦与绝热温升等因素对流动应力的影响。采用考虑材料参数演化的修正Arrhenius模型和反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型对钛合金热变形过程中的流动应力进行预测,并通过统计分析对预测模型精度进行了评估。将2种预测模型扩展的应力、应变数据植入有限元,模拟了热压缩实验过程。结果表明,Ti-55511合金的流变应力与应变速率呈正相关,与温度呈负相关,合金软化机制主要为再结晶。修正后的Arrhenius模型和BP-ANN模型都能描述流体的流动行为,BP-ANN模型在α+β区域的拟合精度高于修正后的Arrhenius模型,而在β区域的拟合精度低于修正后的Arrhenius模型。     

Ti600合金在(α+β)相区的热变形行为和本构模型

对具有片层状初始组织的Ti600合金的热变形行为进行了研究。变形温度范围为800~960 ℃,应变速率范围为10^-3~1 s^-1。随后提出了应变硬化指数（n）来表征流动软化和加工硬化之间的竞争。并且通过分析流变曲线和观察显微组织研究了该合金的软化行为。结果表明,变形参数对Ti600合金的流变行为有显著影响。当变形超过峰值应变之后,n值逐渐降低,动态软化过程开始占主导地位。微观组织分析表明：热变形过程中,α相的弯曲、破碎、动态回复和动态再结晶行为是造成Ti600合金软化的主要原因。最后基于实验数据,建立了3种本构模型,分别是应变补偿Arrhenius模型、Hensel-Spittel模型和修正的Arrhenius模型,来表征Ti600合金的流变行为。将3种模型预测的流变应力与实验结果进行比较,并计算其相关系数值和平均相对误差值来评估模型的准确性。3种模型的相关系数值分别为0.965、0.989和0.997,平均相对误差值分别为12.86%,9.74%和3.26%。这些结果表明,这3种模型都可以描述Ti600合金的流变行为,而修正的Arrhenius模型具有最高的预测精度。     

内生型(Ti0.474Zr0.34Cu0.06Be0.126)100 - x Fe x (x=0, 2)金属玻璃基复合材料的动态力学行为

为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性,采用力学弛豫谱研究了(Ti_0.474Zr_0.34- Cu_0.06Be_0.126)_100-xFe_x（x=0,2）金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素,提高了β-Ti相的稳定性。此外,还发现了一个异常的内耗峰,这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度T_g以下,由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应,2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。     

MoSi2/Mo涂层热震过程中界面应力分布和裂纹扩展的有限元模拟

在氢气保护下将MoSi₂/Mo涂层加热至1000 ℃,再迅速冷却至室温进行热震循环,表征了材料在热震循环过程中裂纹的演变过程并评估了MoSi₂/Mo涂层的热冲击行为。采用Abaqus软件计算了MoSi₂/Mo涂层在热冲击过程中的应力分布,讨论了热震循环中裂纹的发展过程。结果表明：Mo基体与MoSi₂涂层之间存在较高的热冲击应力,这将导致裂纹的萌生和扩展。计算结果显示：在最初的10次热震循环中,涂层产生了垂直于界面的裂纹,在界面上没有出现裂纹,涂层与基体仍结合良好;在随后的热震循环中开始出现界面裂纹,界面裂纹开始于垂直裂纹的末端区域,当垂直裂纹与界面裂纹汇聚,会导致涂层剥离和涂层失效。     

硅酸钙熔体局域结构的经典分子动力学模拟与结构热力学模型的比较(英文)

通过经典分子动力学模拟及一个新建的结构热力学模型计算获得了硅酸钙熔体的局域结构单元的全程分布。将这两种方法获得的5种SiO四面体的Qi分布进行比较,并与Raman光谱实验结果进行比较,结果吻合得非常好。这不仅给出了微结构单元在全成分范围内的全景分布,而且证明了我们的模型适合于针对光谱实验数据的后续热力学计算。与此同时,由不同歧化反应控制的5个成分区间也被精确划分。还从该结构热力学模型中首次获得了Qi之间的两种连接方式Qi-Ca-Qj和Qi-[Ob]-Qj的分布情况,并由此证明所有成分中都是以等价连接为主要的连接方式。     

一种亚稳型β钛合金在高应变率下的多种变形机制

以二元Ti-16V合金为研究对象,采用霍普金森压杆装置、光学显微镜、电子背散射衍射技术以及透射电子显微镜,分别测量并分析了高应变率下Ti-16V合金的动态力学性能、微观组织演变以及塑性变形机制。得出如下结论:Ti-16V合金的流变抗力与应变硬化速率对应变率不敏感;Ti-16V合金的临界失稳应变率约为3000 s~(-1);{332}113型孪生与应力诱发ω相变为Ti-16V合金高应变率下的主导塑性变形机制;通过本研究构建的孪生Schmid因子计算模型,定量核算与模拟{332}113型孪生的Schmid因子,结合实验结果表明Schmid因子是决定晶粒是否发生孪生的重要参数。     

Atomistic simulations of interactions between screw dislocation and twin boundaries in zirconium

Molecular statics was employed to simulate interaction between screw dislocation and twin boundaries (TB) in hexagonal close-packed zirconium. In the moving TB model, the interaction of a moving $\left\{10\overline{1}2\right\}$ TB with a static $1/3〈11\overline{2}0〉\left\{10\overline{1}0\right\}$ screw dislocation was investigated. Twinning dislocation (TD) nucleation and movement play an important role in the interaction. The screw dislocation passes through the moving TB and changes to a basal one with a wide core. In the moving dislocation model, a moving $1/3〈11\overline{2}0〉\left\{10\overline{1}0\right\}$ dislocation passes through the TB, converting into a basal one containing two partial dislocations and an extremely short stacking fault. If the TB changes to the $\left\{10\overline{1}1\right\}$ one, the moving $1/3〈11\overline{2}0〉\left\{10\overline{1}0\right\}$ prismatic screw dislocation can be absorbed by the static TB and dissociated into two TDs on the TB. Along with the stress–strain relationship, results reveal the complicated mechanisms of interactions between the dislocation and TBs.     

DEFORMATION BEHAVIORS OF [110] AND [112] ORIENTED β-Sn SINGLE CRYSTALS

对[110]和[112]取向的单晶Sn试样在不同温度和不同应变速率下进行了拉伸实验. 结果表明, 两种取向的Sn单晶体对应变速率都极为敏感, [110]取向晶体的应变速率敏感指数m为0.133, 高于[112]取向的 0.108, 表现出较高的塑性. 单晶Sn在变形过程中表现出很强的加工硬化, [110]取向试样的加工硬化指数n约为0.54, 高于[112]取向的0.46. 通过电镜观察得到, [110]取向试样的变形以多系滑移方式进行, [112] 取向试样是以交滑移和孪晶方式共同进行变形; [110]取向晶体首先开动的滑移系是{010}<100>, 开动这个滑移系的临界分解切应力(CRSS)为3.1 MPa. 两种取向的单晶 体变形的激活能Q在 35-52 kJ/mol之间, 根据激活能和滑移形貌的观察, 得出变形过程是由交滑移机制控制的结论.     

钛合金WSS图中的应力应变循环

焊接热弹塑性应力应变过程全图从宏观上描画了焊接热弹塑性应力应变过程,全图中每一区域内应力应变关系是该图的重要组成部分.取钛合金薄板上距焊缝中心不同距离的点来定量分析各自的焊接热弹塑性应力应变关系,以此给出焊接过程中任一时刻试件上某一点的应力应变状态.在此基础上,给出焊接热弹塑性应力应变过程全图任一区域中点的应力应变关系,定量描述该图,使得对全图的理解更加完整.结果表明,钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图中各区域的纵向应力应变循环曲线不同,在冷却过程中钛合金焊缝和近缝区处于卸载状态.     

钛合金焊接过程应力应变特点分析

采用有限元分析和试验测试相结合的方法对钛合金薄板钨极氩弧焊的焊接应力应变进行分析.结果表明,在焊接不均匀加热和冷却的综合过程中,熔池金属是在周边已经产生了压缩塑性应变的框架内熔化,并在已经发生了压缩塑性应变的近缝区框架内冷却.焊缝冷却过程中,在力学熔化区间,有拉伸塑性应变的卸载过程,但残余状态仍保留了压缩塑性应变.焊缝在冷却、凝固降温过程中,其纵向拉应力的峰值始终低于材料在相应温度下的屈服强度,直至残余状态.     

面心立方金属{111}〈110〉滑移和{111}〈112〉孪生平面共生变形？…

将Ｂｉｓｈｏｐ－Ｈｉｌｌ最大功原理拓展于ｆｃｃ金属｛１１１｝〈１１０〉滑移和｛１１１｝〈１１２〉孪生两种机制同时起作用的平面共生变形。研究了不同临界剪切应力（ＣＲＳＳ）之比ξ对各理想取向的屈服应力状态及相应活化系的影响。分析结果表明,当ξ〉１／３ｊｆ ,Ｃ,Ｇ和Ｒｃｕ３种取向共同的活化系均为滑移系,不易孪生：其它５种取向共同的活化系均包括滑移系和孪生系,有孪生倾向。同时分析了取向空间里屈服强度各向     

TA15钛合金热变形应力应变曲线及本构模型

在变形温度分别为750,800,850,900,950,1000和1050℃,应变速率分别为0.001,0.01,0.1和1s~(-1)的条件下,对TA15钛合金进行了热压缩试验,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响。根据试验结果,计算了变形过程的温升,表明变形热所导致的温升大小与应变速率和应变均成正比,在T=750℃,ε=1s~(-1)的低温高应变速率条件下所产生的温升最大,可以达到122.63℃。基于Sellars-Tegart本构模型,建立了TA15钛合金热变形时的本构模型。     

工业纯钛TA2中低温蠕变特征研究

工业纯钛TA2中低温蠕变行为存在显著的温度及应力相关性。基于外加应力水平和蠕变应变的变化关系,确定不同蠕变温度下的门槛应力水平。根据短时蠕变实验数据,利用包含稳态蠕变速率的本构方程外推稳态蠕变速率,而后进行两组相对长时的蠕变实验,证明了工业纯钛中低温蠕变是存在稳态蠕变阶段的。利用稳态蠕变速率与应力关系,计算出工业纯钛室温蠕变应力指数为6.96,也说明了外推稳态蠕变速率的可靠性。由中低温蠕变激活能随着蠕变进行变化不大（≈60KJ/mol）,且一直大于以位错为变形主导机制的变形激活能（30-40KJ/mol）,表明孪晶对于工业纯钛中低温蠕变发展整个阶段均起重要作用。根据蠕变后试样孪晶结构随温度的变化解释了TA2蠕变行为的温度相关性,同时也证明了孪晶对于TA2蠕变行为的重要性.     

对称性对平面应变压缩过程中金属流动及组织的影响

分析了平面应变压缩过程中金属的非对称流动方式的进展以及产生原因.通过有限元MSC/Superform软件分析了变形过程中金属的流动情况;采用室温下纯铝试样变形试验研究了其流动模式与最后的显微组织;同时应用滑移线有关理论知识对其摆动的原因进行了分析.结果显示:微小的偏移将在金属变形区产生摆动现象.导致应变分布的严重不均匀.而且随着变形以及偏移的增大,摆动现象越严重.