压痕位置对多晶铜纳米压痕变形机理的影响

为研究在纳米压痕过程中微观结构多晶铜力学特性及变形机理的影响机制,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大尺度多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜不同微观结构分别建立初始压痕位置位于晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团4类微观结构的纳米压痕模型,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的纳米压痕力及原子的静应力与第三应力.采用中心对称参数法分析多晶铜表面及亚表面位错演化对纳米压痕过程的影响.结果表明:探针对4种微观结构的纳米压痕过程存在显著的规律性,纳米压痕力的增长速率、纳米压痕过程位错向邻近晶粒扩散的难度、纳米压痕后多晶铜亚表面位错分布范围、纳米压痕过程中低维数微观结构累积原子势能的难度等均满足降序关系:晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团;压痕位于高维数微观结构时,其相邻的微观结构呈拉应力;而压痕位于低维数微观结构时,其相邻的微观结构呈压应力.在多晶铜的纳米压痕过程中,为减少缺陷结构数量及其能量累积,降低材料的残余应力,应针对多晶铜的晶粒进行机械加工并避开顶点团、三叉晶界等微观结构.     

合金元素比例对铜铅合金纳米拉伸力学特性的影响

铜铅合金由于铜的高塑性、高强度以及铅的自润滑功能,是经过实践检验证明的优良减磨材料,广泛应用于精密机械和航空航天领域中.为研究元素比例在铜铅合金材料纳米拉伸过程中对其力学特性的影响,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,在此基础上,采用混合蒙特卡洛/分子动力学方法(hybrid Monte Carlo/molecular dynamics, MC/MD)建立铜铅合金模型.根据真实铜铅合金比例成分建立具有不同铅原子比例的铜铅合金模型并与多晶铜纳米拉伸模型对比,模拟计算多晶体及铜铅合金的纳米拉伸过程,计算各模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.结果表明:具有不同元素比例的铜铅合金纳米拉伸过程存在显著的规律性,铜铅合金和多晶铜的静水压力及势能分布相似,铅原子能够抑制铜铅合金晶界处位错的形核与扩展从而使合金材料结构更稳定,合金材料塑性变形过程中晶粒和晶界的势能变化特点相反,铅原子的加入主要影响晶界状态,晶界结构组成在合金塑性变形过程中具有主要作用.因而,通过改变铜铅合金中的元素比例,可改变合金材料各方面性能,本文的研究结果为制备高性能铜铅合金材料提供一定的理论指导.     

多晶铜轴对称变形织构的纵向塑性各向异性

应用Taylor类多晶体塑性模型对轴对称变形下多晶铜的变形织构进行了数值模拟,分析了变形过程中多晶铜屈服应力的各向异性演化情况;计算分2步:先对随机分布多晶集合体进行轴对称拉伸,然后分别沿已变形的多晶集合体的各方向再进行拉伸变形,得到了屈服应力的取向分布及纵向塑性各向异性的直观图像,为变形织构塑性各向异性力学行为的宏观模型描述提供了一个数值实验。     

颗粒表面粗糙度对纳米压痕特性影响研究

对复合涂层的颗粒进行纳米压痕过程中,从最大压入深度计算出的接触面积受到颗粒表面的最高处以及最低处的影响.建立颗粒与基体的纳米压痕有限元模型,计算分析颗粒表面形貌对压痕结果的影响.结果显示:利用颗粒压痕载荷深度曲线计算出的弹性模量与硬度误差随着颗粒曲率的增大而加大.采用一种简单的模型对接触深度的公式进行了相应的修正,最后与有限元分析得到的结果进行比较,所得弹性模量和硬度的误差相对降低,验证了该模型的可行性.     

热变形行为对20钢奥氏体晶粒形貌的影响

20#钢作为冷镦钢线,若出现混晶时,严重影响产品的质量.采用热模拟压缩变形试验的方法,研究了变形温度和变形量对低碳钢奥氏体晶粒形貌的影响.结果表明,变形量对奥氏体晶粒形貌有显著的影响,而变形温度的影响较小;在950℃变形量为30%～50%时混晶现象最严重.为工业生产提供了技术原型.     

颗粒团聚对水基铜纳米流体导热系数影响机理研究

研究表明纳米颗粒团聚影响纳米流体的导热系数,但颗粒团聚对导热系数的影响机理尚不清晰.文中构建水基铜纳米流体模拟体系,采用平衡分子动力学方法分析颗粒团聚行为对纳米流体导热系数的影响规律与机理.结果表明,铜颗粒发生团聚导致纳米流体的导热系数升高.纳米流体体系中铜颗粒表面存在致密水分子吸附层,不同颗粒水吸附层间强吸引作用是颗粒相向运动与发生团聚的驱动力.通过分析影响纳米流体导热系数的动能、势能及应力贡献项发现,颗粒发生团聚后颗粒势能绝对值增加,是引起纳米流体导热系数升高的主要原因.     

高锰钢铸件的晶粒度对机械性能的影响

本文对铸造高锰钢(ZGMn13)的晶粒度对机械性能的影响进行了试验研究。试验结果表明,随着晶粒度变细,抗拉强度和延伸率相应有所增高,而冲击韧性略有下降,但影响不显著。单从机械性能角度来看,可以不必规定晶粒度的要求。     

奥氏体不锈钢晶粒度对晶间腐蚀速度的影响

晶间腐蚀是诱导奥氏体不锈钢产生破坏的主要原因,而晶粒度对晶间腐蚀速度的影响不容忽视。通过在敏化温度和固溶处理温度对奥氏体不锈钢进行相应的热处理,利用草酸电解腐蚀法观察金相组织,并评定其晶粒度大小,通过极化曲线腐蚀实验,比较了奥氏体不锈钢晶粒度对晶间腐蚀速度地影响。实验结果表明奥氏体不锈钢在不同热处理条件下,其晶粒大小随保温时间延长而增大。随着奥氏体不锈钢组织的晶粒粗大,其晶粒度越小,奥氏体晶粒的晶间腐蚀的速度减慢。     

奥氏体不锈钢晶粒度对晶间腐蚀速度的影响

晶间腐蚀是诱导奥氏体不锈钢产生破坏的主要原因,而晶粒度对晶间腐蚀速度的影响不容忽视.通过在敏化温度和固溶处理温度对奥氏体不锈钢进行相应的热处理,利用草酸电解腐蚀法观察金相组织,并评定其晶粒度大小,通过极化曲线腐蚀实验,比较了奥氏体不锈钢晶粒度对晶间腐蚀速度地影响.实验结果表明奥氏体不锈钢在不同热处理条件下,其晶粒大小随保温时间延长而增大.随着奥氏体不锈钢组织的晶粒粗大,其晶粒度越小,奥氏体晶粒的晶间腐蚀的速度减慢.     

预应变对不同晶粒度合金钢缺口试样断裂行为的影响

对两种不同晶粒度的低合金高强钢（WCF－62）的试样在常温下获得均匀预应变后（0－20％），在－125℃下对预应变和未预应变的试样进行了四点弯曲试验，测量了宏观和微观力学参数，以及断口参数，并结合有限元计算所得到的不同预应变条件下的缺口前端的应力应变场分布，分析了预应变对不同晶粒度低合金高强钢缺口试样断裂行为的影响，结果表明，粗晶和细晶材料在室温预应变3％后，缺口韧性有明显的降低，但是随预应变进一步增加，缺口韧性基本保持不变，原因是预应变3％后两种材料解理断裂都转变为起裂控制。     

Effect of relative grain size on the flow stress of polycrystalline FCC sheets

A dynamic explicit finite element code and rate-dependent elastic-viscoplastic polycrystalline model were used to simulate the simple tension test of annealing FCC polycrystal and 6111-T4 aluminum alloy sheet metal. The variability of flow stress was investigated, which was induced by various grain boundary constraints when the ratio of thickness-to-grain size was changed. The simulated results show that, when the relative grain size increases, the constraint of grain boundary will increase accordingly, which results in the increase of the flow stress of polycrystal. The results agree with experiments.     

铜导线中晶界对导电性影响的研究

通过设计不同的退火温度，得到了含不等晶界数的铜导线，以此研究了晶界对导电性的影响。测量结果表明：导线的电阻率随晶界数的增加而增加，这归结于晶界对传导电子的散射作用；晶界对电阻率的影响并不象空位、位错那样呈简单的线性关系，而是呈指数关系；晶界控制导线电阻率变化曲线的总趋势，而具体细节则由杂质的类型和数量来控制。     

Influence of prior austenite grain size on the critical strain for completion of DEFT through hot compression test

A low carbon steel was used to determine the critical strain εc for completion of deformation enhanced ferrite transformation （DEFT） through a series of hot compression tests. In addition, the influence of prior austenite grain size （PAGS） on the critical strain was systematically investigated. Experimental results showed that the critical strain is affected by PAGS. When γ→α transformation completes, the smaller the PAGS is, the smaller the critical strain is. The ferrite grains obtained through DEFT can be refined to about 3 μm when the DEFT is completed.     

深度还原工艺对铁颗粒粒度影响规律研究

采用深度还原技术处理浸染微细粒度的复杂难选铁矿石,控制铁颗粒粒度是分选出合格产品的关键.根据深度还原物料中铁颗粒的球形特征,通过测量铁颗粒二维截面参数,求取了其累计粒度特性曲线,定性地描述了不同深度还原工艺对铁颗粒粒度的影响规律.结果表明:适当的提高还原温度、延长还原时间、增大配碳系数,都有利于铁颗粒的长大,但还原温度过高、配碳系数过大将阻碍铁颗粒长大;适宜的工艺条件为:还原温度1 225℃,还原时间30min,配碳系数2.0,获得铁颗粒的d50为278.88μm.     

Reanalysis of the 3D quasi-stationary grain size distribution based on Hillert's grain growth rate equation

Based on Hillert's 3D grain growth rate equation, the grain growth continuity equation was solved. The results show that there are an infinite number of 3D quasi-stationary grain size distributions. This conclusion has gained strong supports from results of different computer simulations reported in the literature.     

Derivation of Hillert-type 3D grain growth rate model with topological considerations and discussion on its grain size parameter

A Hillert-type three-dimensional grain growth rate model was derived through the grain topology-size correlation model, combined with a topology-dependent grain growth rate equation in three dimensions. It shows clearly that the Hillert-type 3D grain growth rate model may also be described with topology considerations of microstructure. The size parameter bearing in the model is further discussed both according to the derived model and in another approach with the aid of quantitative relationship between the grain size and the integral mean curvature over grain surface. Both approaches successfully demonstrate that, if the concerned grains can be well approximated by a space-filling convex polyhedra in shape, the grain size parameter bearing in the Hillert-type 3D grain growth model should be a parameter proportional to the mean grain tangent radius.     

高纯铝晶粒尺寸与晶粒拓扑学参数定量关系研究

本文采用晶界渗镓剥离晶粒技术实现了三维晶粒尺寸及其拓扑学参数（晶粒界面数N2）的直接实验测量,利用回归分析,得出了晶粒尺寸与晶粒拓扑学参数定量关系;晶粒界面数N2与晶粒尺寸R^-间存在线性对应关系。