较大塑性变形下纳晶镍剪切带的演化模型

较大塑性变形下,采用TEM原位拉伸实验揭示了纳晶镍内剪切带演化的微观机制,优化了微观力学模型。结果表明:在纳米尺度范围内,随着晶粒尺寸的增加,应变软化的趋势越来越明显,剪切带宽度也随着增加;晶粒尺寸降低将导致纳晶材料中剪切带的产生提前;内部特征长度的值随着晶粒尺寸的增加呈现先增加后下降的特点;剪切带内的塑性应变分布为:在剪切带两个边界处应变为零,在剪切带中央剪切塑性应变达到最大值。     

高应变速率下TC11钛合金动态剪切行为与性能

采用分离式霍普金森压杆（Hopkinson Bar）装置系统,对TC11钛合金进行室温高应变速率（700-2100s^-1）动态剪切试验,通过光学显微镜、显微硬度分析仪、扫描电镜研究了TC11钛合金动态剪切行为、绝热剪切带微观组织与性能。结果表明：TC11钛合金随应变速率的提高绝热剪切敏感性增加;绝热剪切带由过渡区域的变形拉长组织和中间部位的细小晶粒组织组成,具有清晰的剪切变形流线,宽度约为10μm;绝热剪切带内的显微硬度值高于基体组织,是,由应变速率强化和应变强化与热软化相互作用的结果。     

高压扭转致纯铜晶粒细化及与应变的关系

设计并加工了在材料试验机上使用的高压扭转夹持装置,并用装置获得了不同扭转变形量的纯铜试样.使用电子背散射衍射技术测量了处理后试样晶粒尺寸沿径向的分布.对比分析了晶粒细化程度和应变量的关系,提出了一个描述晶粒细化的简单剪切球模型.结果表明,晶粒细化程度随着应变量的增大而增强,平均晶粒尺寸为原始平均尺寸的1/50.当剪切应变小于10时,晶粒尺寸随着剪切应变的增大迅速变小;当剪切应变大于10时,晶粒尺寸的变化趋于缓慢,晶粒细化程度与Stuwe等效应变之间有幂函数关系.依据简单剪切球形晶粒的模型,得到了晶粒细化程度随剪切应变增大而增强的规律,并与实验数据的变化趋势一致.     

纳米晶Ni-Co-Fe-P合金镀层在3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀特性

用脉冲电沉积方法制备纳米晶Ni-Co-Fe-P合金镀层。采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)等测试方法研究合金镀层的微观结构、表面形貌和合金成分;采用电化学极化曲线的方法测定合金镀层的腐蚀特性。结果表明随着P加入导致合金镀层晶粒细化,并随P含量的增加镀层从纳晶向非晶转变;纳晶Ni-40.41%Co-6.16%Fe-1.63%P合金镀层经600℃退火1h后,其平均晶粒尺寸从8.3nm长大至160.8nm。合金镀层的点蚀抗力随着镀层中P含量的增加而明显增强;合金镀层的腐蚀速率随晶粒尺寸的增大而减小,存在典型的晶粒尺寸效应。     

考虑应变梯度及刚度劣化的剪切带局部变形分析

基于梯度塑性理论,研究了应变软化阶段的刚度劣化对剪切带内部的局部应变及相对剪切位移的影响。剪切带被看作一维剪切问题,本构关系为线弹性及线性应变软化。考虑刚度劣化后,剪切带的弹性应变由弹性剪切模量、损伤变量及残余剪切模量确定。剪切带的非局部总应变由双线性的本构关系确定。将非局部总应变减去弹性应变,可得剪切带的非局部塑性应变。剪切带非局部塑性应变与流动应力及损伤变量等参数有关,此关系即为在经典弹塑性理论框架之内的考虑刚度劣化的屈服函数。将二阶应变梯度项引入该函数,可得剪切带内部的局部塑性剪切应变及局部总剪切应变的分布规律。对局部塑性剪切应变积分,得到了局部塑性剪切位移。结果表明:考虑了刚度劣化后,剪切带内部的弹性剪切应变及位移增加,而局部塑性剪切应变及位移降低。若不考虑刚度劣化,理论结果可蜕化为以前的结果。理论结果与岩石局部变形的观测结果在定性是一致的。     

基于分子动力学模拟的铜锆晶体/非晶双相纳米复合材料力学行为

金属玻璃因其较差的室温塑性限制了其广泛应用,因此提升金属玻璃的力学性能、探明金属玻璃的变形机制已经成为当前材料领域的研究热点。采用分子动力学方法研究了晶粒尺寸和分布对晶体/非晶B2-CuZr/CuZr双相复合材料力学行为的影响。研究结果表明,随着纳米晶粒的尺寸增大,复合材料变形模式发生了从相对均匀变形到单一剪切带的局部变形的转变。研究指出,增大纳米晶粒尺寸/体积分数能有效提高复合材料的峰值应力,但除了较小尺寸纳米晶粒模型外,双相复合材料的塑性没有明显增强。此外,相对于交叉排列,纳米晶粒的对齐排列导致了更严重的塑性应变局部化。本文的研究结果对于设计和制备高性能的金属玻璃材料具有重要的参考价值和指导意义。      

基于一阶及二阶DIC方法的常应变剪切带的测量误差分析

制作了水平和倾斜的常应变剪切带,使用数字图像相关方法(DIC)对剪切带内、外的位移场和应变场进行了测量,分析了形函数、子区尺寸及测点间距对测量结果的影响。结果表明:在剪切带边界附近,一阶或二阶DIC方法的位移误差限均较大,这是因为这些区域的子区覆盖了一部分剪切带;子区尺寸越大,或测点距离剪切带边界越近,位移误差限越大;一般对于剪切带边界附近测点,二阶DIC方法比一阶DIC方法的位移误差限小;随着测点间距的增加,一阶或二阶DIC方法的剪切带的法向剪应变坐标曲线由陡峭变得平缓,剪切带宽度逐渐增加。     

20号钢高速变形时热塑剪切局部化的结构特征

本文报导了20号钢在 Hopkinson 扭转杆上以1500 s~(-1)高速变形时产生的热塑剪切局部化的微观结构特征。结果指出,在试样标距截面的变形区内分布着一些宽度约为50μm,间距为100μm 彼此平行的微细剪切带。变形区的平均应变为0.83而剪切带内的应变高达1.95。剪切带内组织结构损伤严重,主要表现在大量的微裂纹生核和聚合,剪切带内的位错密度很高,位错胞在与剪切带成一定角度方向上沿晶粒拉长方向排列。由于带内的高度变形,剪切中的晶粒严重变形而拉长并产生一定程度的碎化但还未出现非晶现象。     

高能球磨法制备Ag-Cr触头合金

采用机械合金化方法制备Ag-Cr合金,研究不同球磨时间对粉末晶体结构、晶粒尺寸、微观应变和表面形貌的影响,不同转速、相同球磨时间对粉末结构的影响以及合金密度、硬度随烧结温度的变化。结果表明:当机械球磨给予合金粉末足够的能量,就能够让铬固溶在银中形成过饱和固溶体;随着高能球磨时间的延长,晶粒逐渐细化、微观应变量逐渐变大,球磨65h时,平均晶粒尺寸为18.40nm,微观应变量为0.14%。烧结温度为850℃时,合金维氏硬度值约达99,密度达9.35g/cm3。     

非晶合金中锯齿流变动力学的研究

非晶合金在外力场的作用下会出现间接性的锯齿流,锯齿具有空间和时间的无序分布性,能够反映塑性变形过程中剪切带的演化过程。借助于混沌理论、自组织临界理论、统计分析、分形和平均场理论等数学方法进行了锯齿动力学研究。发现非晶合金的塑性流变行为与材料的本征结构、试样尺寸、加载试验机的刚度、温度和应变速率等密切相关,揭示了非晶合金的塑性变形过程中剪切带滑移不稳定性的演化特点。试样尺寸小、低温或高应变速率下加载的韧性非晶试样的塑性流变动力学呈现类自组织临界状态,锯齿的幅值分布具有无标度性特点,剪切带之间的交互作用强,剪切带过程相对稳定。低温下大的分形维数说明剪切带分叉速率快,触发了剪切带之间的交互作用。简单的平均场理论证实了非晶合金的塑性可受应变速率调控。这些结论为进一步探索非晶合金的塑性提供了新的思路。     

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。     

超塑性变形微观结构变化的研究

本文研究了A1-10Si-1Mg合金在超塑性拉伸过程中微观组织的变化。揭示出该合金在超塑性变形中随应变量增加,晶内位错密度增加,是由两方面原因造成的:一是晶粒长大和晶界上第二相粒子给晶界滑移造成困难,使晶内位错调节作用增强;二是晶粒内的第二相粒子阻碍了晶内位错运动使位错堆积在第二相粒子周围。     

机械合金化过程中Fe70B30粉末晶粒尺寸和微观应变的研究

用Ｘ射线和电镜研究了Ｆｅ＿（７０）Ｂ＿（３０）粉末经不同时间高能球磨后晶粒尺寸和微观应力的变化。在机械合金化过程中，粉末的Ｘ射线衍射谱的宽度随球磨时间的增加逐渐加宽，这是晶粒细化和内部微观应力共同作用的结果。Ｘ射线衍射结果表明：随着机械合金化的进行，粉末的晶粒尺寸逐渐减小，球磨初期晶粒尺寸下降较快，经１５ｈ球磨，晶粒尺寸为２５ｎｍ，机械合金化进行到一定时间后晶粒尺寸下降缓慢，８０ｈ球磨后晶粒尺寸可达５ｎｍ。在机械合金化过程中球磨所造成的微观应变不大，球磨初期粉末的内应力随球磨时间增加而增加，当粉末粒子尺寸很小时，随球磨的进行粉末中的微观应变显著下降。     

纳晶金属材料氢脆的微观力学模型

针对纳晶金属材料的氢脆问题,该文提出一个新的理论模型。在该模型的理论框架内,认为堆积在距裂纹尖端最近晶界上的氢原子会阻止位错从裂纹尖端的发射,从而抑制裂纹的钝化,同时促进纳晶金属材料的脆性断裂。该文在有氢和无氢两种条件下,对纳晶镍的临界应力强度因子与晶粒尺寸之间的相互关系进行了对比。结果表明:由于氢原子的脆化作用,纳晶镍的临界应力强度因子下降30％之多,这种氢致纳晶金属材料脆化的现象随其晶粒尺寸的变小而愈加显著。     

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.     

SIMA法制备半固态材料过程中球状晶粒粗化机制的研究

目的 提高半固态金属坯料的制备效率。方法 针对6061变形铝合金,提出了一种高效率的旋转锻造应变诱发法制备半固态材料的新工艺。通过比较不同半固态等温热处理条件下的微观组织,分析了等温热处理过程中旋转锻造材料微观组织的演变过程和粗化机制,获得了制备半固态6061铝合金材料的合理工艺参数。结果 当旋锻应变量为0.44时,在620~630 ℃保温5 min,晶粒尺寸为48.1~52.8 μm,晶粒形状系数为0.8~0.82;保温温度为620,630,640 ℃下球状晶粒长大速率分别为407.45,841.43,1038.03 μm³/s。结论 球状晶粒的平均晶粒尺寸随着保温时间增加和保温温度的升高而增大,球状晶粒的长大主要受到晶粒的合并长大和Ostwald熟化两种机制的共同作用,并且随着保温时间的增加,Ostwald熟化逐渐起主导作用;并且球状晶粒的粗化速率随着温度的升高而增加。     

不同温度和应变率下Wf/BMG的力学性能

本文对纤维体积百分含量(Vf)为60%的钨丝增强Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5大块非晶基体复合材料(Wt/BMG)的力学性能进行了试验研究,测得该材料在77K到473K温度变化范围内的动静态应力应变曲线.发现其流动应力具有明显的正应变率敏感性;随着试验环境温度的升高,材料的弹性模量、屈服应力不断降低,材料的最终塑性应变值则呈升高趋势;Wf/BMG的断裂模式主要为剪切和纵向劈裂及二者的复合,具体形式受钨丝和基体界面的结合强度影响;钨丝的加入限制剪切带的传播,在界面处形成多条剪切带是复合材料塑性提高的主要原因;Wf/BMG的屈服与基体中由于绝热加热降低粘性而形成的剪切带有关,环境温度和非晶基体玻璃转变温度之差则直接影响剪切带的生成,使得Wf/BMG的屈服极限具有一定的温度敏感性.     

非热弹性马氏体相变的细观本构模型

为了更清楚地认识铁基合金经受非热弹性马氏体相变的本征特性,在细观尺度对非热弹性马氏体相变进行了研究.基于马氏体相变晶体学和内变量本构理论建立了非热弹性马氏体相变的细观本构模型.该模型采用微区相变应变、奥氏体及马氏体的塑性应变表征宏观的非弹性响应,把奥氏体和马氏体变体的等效塑性应变率和体积分数变化率作为内变量描述微观结构变化.模型采用J2流动理论描述微区塑性流动,与采用晶体塑性的描述方法相比模型更简单,且更适用于工程计算.单晶奥氏体单变体简单剪切的模拟结果表明:随着应变的增加,先发生奥氏体塑性变形,进而发生相变,马氏体体积分数与应变呈线性关系;温度较低时易发生马氏体相变并使得材料的强度提高.     

超塑性本构模型材料参数识别方法研究

金泉林等提出的超塑性本构关系考虑了三种微观变形机制和晶粒生长过程,但单纯依靠实验很难准确的测定该本构关系的材料参数。应用遗传算法和Levenberg-Marquardt算法,以Ti-6Al-4V为例,识别该超塑性本构关系中的材料参数。计算结果和实验结果符合的很好。最后讨论了各种微观变形机制的体积分数与应变、应变率和晶粒尺寸之间的关系,发现在大部分情况下扩散蠕变机制对超塑变形的贡献可以忽略。     

分子动力学模拟金属玻璃Cu应力晶化的应变率效应

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了零温下非晶金属Cu在不同应变率条件下的拉伸变形过程和应力晶化行为，分析了此过程中原子体系应力与结构组态的变化．结果表明：在应变率10^8s^-1-10^9s^-1范围内，金属玻璃Cu的塑性流动应力随着应变率的提高而增大，弹性模量约为55GPa．在塑性流动过程中发生应力晶化现象，伴随着明显的晶核形成与生长过程，晶化程度随着应变率的增加而加剧．应力效应和温度效应都是导致金属玻璃晶化的重要途径，形成的少量纳米晶粒是导致剪切带的形成和扩展的可能因素．