铸态AZ31镁合金高温拉-压不对称性研究

利用Gleeble-1500在250～500℃和应变速率0.001～1 s-1对铸态AZ31镁合金进行热压缩及热拉伸试验,对热变形过程中拉-压不对称性进行研究;基于Hollomon公式,分析了铸态AZ31镁合金热拉伸-压缩过程中应变硬化指数的变化规律.结果表明:铸态镁合金在热拉伸-压缩过程中,存在明显拉-压不对称性,热拉伸应变硬化指数均比热压缩应变硬化指数大;升高形变温度及降低应变速率有利于减小铸态镁合金的拉-压不对称性.     

高应变速率下AZ31镁合金的各向异性及拉压不对称性

采用分离式霍普金森拉杆及压杆装置,研究挤压态AZ31镁合金高速变形下的各向异性及拉压不对称性,并从微观变形机制的角度探讨具有强烈初始基面织构的挤压态镁合金各向异性及拉压不对称性产生的原因。结果表明:在高速变形条件下,依据加载方向及应力状态挤压态AZ31镁合金的拉伸行为表现出很强的各向异性,但压缩行为的各向异性不明显;在挤压方向表现出很强的拉压不对称性,而在垂直于挤压方向的拉压不对称性很低。挤压态AZ31镁合金宏观上的各向异性及拉压不对称性是由于不同的微观变形机制所引起的。沿挤压方向拉伸的主要变形机制为柱面滑移,沿垂直于挤压方向拉伸及压缩的主要变形机制为锥面滑移;沿挤压方向压缩时初始变形机制为拉伸孪晶,当变形量为0.08(8%)左右时由于孪晶消耗殆尽,变形变而以滑移的方式进行。     

挤压态AZ31镁合金的拉压不对称性及微观组织

在考虑滑移和孪生两大塑性变形机制的基础上,通过修正的粘塑性自洽（VPSC）模型,模拟挤压态AZ31镁合金轴向拉-压过程中的力学行为及微观组织。结合EBSD实验与模拟,分析了不同变形机制对初始挤压态丝织构镁合金产生拉压不对称的机理以及塑性变形过程中的微观组织。结果表明,轴向拉伸变形初期以基面滑移系为主,由于基面滑移的施密特因子较低,导致屈服应力较高;随着应变的增加,棱柱面滑移成为主导变形机制,应变硬化率降低,应力-应变曲线较平稳;轴向压缩变形初期,临界剪切应力较低的拉伸孪晶大量开启导致屈服应力较低;随着拉伸孪晶相对活性的快速降低,应变硬化率迅速提高;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪晶开始启动,塑性变形积累的应力得到释放,导致应变硬化率降低。另外,从典型晶粒的颜色和孪晶迹线方面解释了沿ED方向压缩时孪晶体积分数较小的原因。     

钛单晶纳米柱拉压不对称性的分子动力学模拟

本文基于分子动力学模拟,通过研究钛单晶纳米柱在拉伸和压缩下的力学响应特征及晶体结构演化行为,揭示其塑性变形机制。结果表明沿[0001]晶向拉伸条件下主要塑性变形机制为伴生的{101 ?2}孪晶和基面层错;而沿[0001]晶向压缩条件下,基面位错作为优先形核的缺陷参与到塑性变形过程,随后锥面位错出现并协调了轴向和横向变形,压缩条件下无孪晶产生。拉伸模拟过程中观察到一种有别于传统孪生的晶体再取向现象,其孪晶与基体间呈现基面/柱面对应关系。     

超薄Ni/Ni_3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷拉压不对称性研究(英文)

利用分子动力学方法研究超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷的拉压不对称,对应力-应变曲线和晶体曲线在不同的温度下进行比较。模拟表明在拉伸载荷作用下不全位错的施密特因子大于压缩载荷下的施密特因子,在10 K温度下的流变应力行为异常,同时超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线在不同温度下都表现为抵抗压缩载荷能力比拉伸载荷强。结果显示超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线具有显著的拉伸不对称特性。此外,堆积层错提高原子移动,不全位错从堆垛层错处发射。在促进位错发射过程中原子移动扮演着重要的角色;而且在拉-压载荷下不同晶体缺陷主要是点位错和层错,层错主要发生在4个{111}方向。研究拉压不对称与温度之间的关系,可以更准确和全面的理解超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线的力学性能。     

T5热处理对Mg-Gd-Y-Zr合金筒形件拉压 不对称性的影响北大核心CSCD

通过力学性能测试、背散射电子衍射、X射线衍射、透射电子表征等手段分析大尺寸Mg-9.17Gd-1.98Y-0.43Zr-0.11Ag镁合金筒形件的组织性能不均匀性和拉压不对称性,并通过时效处理调控合金组织,提高材料力学性能。研究发现:从内部到外部,筒形件组织呈不均匀分布,平均晶粒尺寸从12.9μm粗化至20.1μm,抗拉强度从327 MPa降至280 MPa,屈服强度从223 MPa降至157 MPa。经225℃×21 h峰时效处理后,β′相作为主要析出相,抑制了压缩载荷下孪晶的产生,大幅提高了筒形件的强度并降低其伸长率,压缩屈服强度和拉伸屈服强度的比值从内部到外部分别为1.06、1.17和1.02。T5热处理后筒形件内部的力学性能最好,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为407 MPa、293 MPa和12%。     

纳米液滴撞击润湿梯度表面的分子动力学模拟

目的 研究在液滴撞击固体表面的过程中,撞击速度和润湿梯度对液滴运动的影响。方法 采用分子动力学方法模拟纳米液滴以不同初始下落速度v0撞击带有润湿梯度的固体表面,通过改变固体表面纳米方柱的间隙来构建润湿梯度,方柱间隙越小则接触角越小、润湿性能越好。结果 当v0为0.3~1.1 nm/ps时,液滴撞击固体表面后沿固体表面朝着润湿性较强的方向移动;在v0为0.7~1.1 nm/ps时,液滴出现了二次铺展;受到液滴的初始动能和钉扎效应的影响,液滴质心离开润湿梯度表面时的移动速度vt出现了2个拐点。当v0为1.2~1.5 nm/ps时,液滴在撞击固体表面后会发生弹跳,此时液滴在v0垂直方向的速度分量随着v0的增大呈线性增大趋势,而在v0水平方向的速度分量为定值(0.017 nm/ps);液滴的弹跳速度v和弹跳角α会随着v0的增大而增大。结论 在液滴撞击带有润湿梯度的固体表面的过程中,最大铺展因子βmax与v0近似呈线性关系;低速液滴撞击固体表面后会被捕捉,并沿着润湿性强的方向移动,提出了不同撞击速度区间中vt与v0的关系式;高速液滴在撞击后会沿着润湿性较好的一侧发生弹跳,提出了液滴弹跳速度、角度与v0的关系式。     

AZ31B镁合金薄板室温拉压不对称性能研究

通过室温下单向拉伸和压缩试验研究了AZ31B镁合金挤压薄板的拉压不对称性.研究表明,在压缩过程中,孪生较拉伸易开动,单向压缩变形过程中产生的孪晶体积分数比拉伸大,使镁合金压缩屈服强度低于拉伸,导致镁合金薄板的拉压不对称性;对于挤压镁合金薄板,沿挤压方向和横向的压缩屈服强度均低于拉伸.     

TA2拉压力学性能不对称性及应变速率敏感性

本文研究了不同应变速率下工业纯钛TA2室温拉伸和压缩力学行为,结果发现TA2具有明显的拉压屈服不对称性和拉压应变硬化不对称性;随着应变速率的增加,拉压不对称性有明显增加。采用电子背散射衍射（EBSD）技术分析了拉伸和压缩时TA2微观变形机制及微观组织演化规律,结果表明,TA2压缩时以孪晶变形机制为主,拉伸时以位错滑移为主;TA2微观变形行为的载荷敏感性导致了宏观力学性能的不对称性。     

镍基单晶高温合金[111]取向拉压不对称分析

试验表明,[111]取向镍基单晶高温合金宏观滑移迹线符合六面体滑移特征,而微观位错滑移机制为八面体滑移。针对上述宏、微观现象,提出了一种"之"字形交滑移模型,使宏观六面体滑移迹线与微观位错的八面体滑移在该模型中得到了很好的统一。同时,在上述"之"字形交滑移变形机制的基础上,对[111]取向的拉压不对称特性进行了分析,提出一种位错分解方式,对[111]取向产生拉压不对称特性的微观机制进行了表征。最终,基于上述两种机理,建立了[111]取向镍基单晶高温合金的拉压不对称预测模型。该模型不仅能够对[111]取向镍基单晶高温合金屈服强度进行预测,而且可以表征屈服强度的拉压不对称特性,即压缩屈服强度大于拉伸屈服强度以及拉压不对称随温度升高愈加严重的现象。     

镍基合金表面五重孪晶形成的分子动力学模拟

五重孪晶结构能够改善合金的表面性能,而关于合金五重孪晶化表面的研究较少报道。基于分子动力学模拟和纳米压痕方法,采用嵌入原子势函数(EAM)和等温等压系综(NPT),使用半径为14 nm的圆柱压头以40 m/s的压痕速度沿着[112]晶向对单晶镍基合金持续压痕,采用共领域分析法对合金在应力诱导作用下的变形行为进行了分析。结果表明,非共格孪晶界形成于四个不同{111}滑移面交叉中心附近。交叉中心处白色高能原子发射不全位错,堆垛层错产生。随着不全位错持续发射,孪晶得以形核、生长,孪晶界相继形成,最终五重孪晶形成于合金表面。合金表面中五重孪晶的形成并非源于晶界连续不断发射不全位错,而是与压痕过程中合金表面能量增加以及非共格孪晶界息息相关。     

利用分子动力学研究梯度纳米孪晶Cu的微观变形机理

提出了一种新的纳米结构材料即梯度纳米孪晶界结构,并利用分子动力学方法计算了梯度纳米孪晶Cu的单轴拉伸和压痕的变形过程,分析了纳米孪晶界分布对位错机制的影响.结果表明,梯度纳米孪晶界主导的塑性变形可分为2类,不全位错主导了较厚的孪晶片层的塑性变形,较细孪晶片层的塑性变形由全位错主导.此外,提高孪晶界密度可以有效改善材料的强度和硬度.     

商业纯钛拉压塑性变形行为与机理

通过拉伸和压缩试验,获得了商业纯钛在不同温度和不同应变速率下的拉伸和压缩应力-应变关系,对比分析了拉压变形路径、变形温度和应变速率对商业纯钛塑性变形行为的影响;建立了Zener-Hollomon模型,获得了变形温度和应变速率对商业纯钛压缩变形加工硬化的作用规律及商业纯钛压缩变形加工图;基于电子背散射衍射技术,获得了商业纯钛晶粒取向分布,结合拉压变形特性阐明了商业纯钛拉伸塑性变形机理主要是滑移,压缩塑性变形机理主要分为滑移-孪生-滑移3个阶段。     

非晶Cu在晶化过程中的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟的方法, 采用紧束缚势函数, 研究了非晶Cu在升温条件下的晶化行为, 分析了系统能量、体积、双体关联函数和局部结构的变化, 并结合键对分析方法计算了不同弛豫时间下典型短程有序结构的分布. 结果表明, 在非晶Cu升温的最初阶段, 原子运动未必造成短程结构的进一步规则化; 结构转变初期,首先发生1431和1541键向1421键的转变, 1421键型数量在400 K以上则基本呈现直线上升的趋势, 接近600 K时达到最大值; 此后1421键的数量随温度的上升而下降, 熔化时其数量急剧减少.     

拉压复合连续弯曲成形恒力弹簧数值模拟研究

恒力弹簧的优异性能依赖于其各位置等自然曲率的特性,而目前的成形工艺中,恒力弹簧稳定化热处理时,受到其自身几何形状的限制,表现出外层自然直径大于内层的偏差,影响了恒力弹簧的精度。为克服这一工艺难点,提出了拉压复合连续弯曲成形的概念,用于此类构件的成形。采用数值模拟的方式,对此方法成形过程进行了分析,对影响成形的关键工艺参数后张力、模具间隙、模具圆角、带材厚度等进行了数值规律研究,并通过试验的方式,对模拟结果进行了验证。该成形方法在传统压弯基础上对带材两侧施加以张力,并通过正反向弯曲,改善了制件的残余应力状态,提高了构件的稳定性。     

孪晶取向对Au纳米线变形机制影响的模拟

本文采用分子动力学方法,阐明了Au纳米线各力学特性参数随孪晶取向角度的变化规律,以及不同变形机制发生的孪晶取向角度范围。结果表明：在较小孪晶取向角度下(0°<θ<90°),纳米线具有较高的强度,不全位错与孪晶面相互作用引起的应变局域化主导了其塑性变形;在中等孪晶取向角度下(18°≤θ≤75°),退孪生主导了Au纳米线塑性变形,尤其是30°≤θ≤60°时,完全退孪生引发的应变硬化,使得纳米线具有较高塑性;在较大孪晶取向角度下(75°<θ≤90°),纳米线具有较高的强度,但塑性较差,不全位错连续穿越孪晶界引起的位错链主导了Au纳米线塑性变形。     

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。     

挤压参数和Y含量对Mg-Y合金棒材显微组织及拉-压变形行为的影响

通过光学显微镜(OM)、电子背散射(EBSD)及单轴拉-压研究了Y元素含量(1%,5%,质量分数)、挤压温度(ET)、挤压比(ER)对Mg-Y合金挤压棒材显微组织、织构及拉-压变形行为的影响规律。结果表明:当Y含量由1%增加到5%(ET=300℃,ER=9):由"双峰"组织变为细小均匀的完全动态再结晶组织;两种棒材横截面(ED面)和纵剖面(TD面)的平均晶粒尺寸相近,约为(14.1±1.9)～(16.5±1.6)μm;室温拉伸屈服强度(TYS)由173±3 MPa降低到125±6MPa,但断裂延伸率则由(11.0±2.1)%大幅增加到了(31.0±1.2)%,这主要是由于基面丝织构的显著弱化和织构强度的明显降低(～53%)导致;CYS/TYS由0.87变为1.10,材料由通常的正拉压不对称性变为反拉压不对称性。当ER由9增加到32(ET=300℃):Mg-1Y的TYS大幅增加到(242±1) MPa(～40%),同时断裂延伸率增加到(12.9±1.5)%(～17%),这主要与大挤压比使得动态再结晶趋于完全、晶粒更加细小均匀(10.1±1.4μm)以及基面丝织构的显著弱化(～75%)密切相关。增加挤压温度(300～400℃)对Mg-1Y棒材(ER=32)的晶粒尺寸和拉伸力学性能的影响较小,但可提高压缩屈服强度(CYS)至(236±9) MPa(～15%),CYS/TYS由0.85增加到1.02,材料拉压屈服对称。Y含量显著影响材料的变形行为,不同挤压参数的Mg-1Y合金棒材均表现出"S"型压缩曲线,而Mg-5Y则无此现象,变形后组织观察表明"S"型曲线与孪晶主导变形密切相关。     

未来汽车传动系统用梯度纳米孪晶Cu的微观变形机制分析

研究了未来汽车传动系统用梯度纳米孪晶Cu的微观变形机制。结果表明,不全位错与全位错机制的相互协调作用使得梯度纳米孪晶Cu具有独特的塑性变形特点,其中较细孪晶片层的存在对提高材料的强度有着非常重要的影响。     

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．