基于二维离散位错动力学的颗粒强化机制建模

基于二维离散位错动力学方法,以含有L12型长程有序γ'沉淀相的镍基合金为研究对象,根据材料实际的晶体结构建立了相应的模型。研究了颗粒体积分数与平均半径对金属及合金强度的影响,实现了材料临界分切应力的预测。为了使有限元模型与实际Ostwald熟化晶体中的颗粒分布更为接近,模型考虑了颗粒的LSW分布规律。此模型中颗粒简化为球形,其在三维空间中的体积分数分别为5. 5%、8%和10. 5%,平均半径分别为16b、25b和36b (b为位错的柏氏矢量大小),位错与颗粒之间的交互作用基于位错切过机制。结果表明,欠时效状态下γ'沉淀相的体积分数或平均半径的增大都会导致镍基合金的临界分切应力增大。临界分切应力一定程度上体现了材料强度,临界分切应力越大,材料强度越高,因此可以通过增大颗粒体积分数和平均半径提高材料强度。     

镍基高温合金单晶压屈服行为的温度,取向及应变速度依赖性

本文考察了镍基高温合金（γ＋γ’）单晶压缩屈服行为的温度，取向和应速率依赖性。结果表明，γ＋γ’合金临界分解切应力的温度依赖性主要由γ’相的ＡＰＢ能和γ’相的ＣＲＳＳ的温度依赖性共同决定，而取向依赖性和应变速率敏感性则由γ’相决定。     

镍基高温合金单晶压缩屈服行为的温度、取向及应变速率依赖性

摘要本文考察了镍基高温合金（γ＋γ）单晶压缩屈服行为的温度、取向和应变速率依赖性、结果表明,γ＋γ合金临界分解切应力（ＣＲＳＳ）的温度依赖性主要由γ’相的ＡＰＢ能和γ’相的ＣＲＳＳ的温度依赖性共同决定,而取向依赖性和应变速率敏感性则由γ相决定．γ＋γ’合金与γ’单相ＣＲＳＳ的温度依赖性和应变速率敏感性是由根本不同的过程控制     

Nb和A1对γ—Tial基合金高温强度的影响

研究了Ｎｂ对γＴｉＡｌ基合金性能的影响。结果表明,高Ｎｂ合金化能大大提高γ－ＴｉＡｌ基合金的高温强度,合金含Ｎｂ量越高,强度就越高。ＴＥＭ观察表明,Ｎｂ对γ－ＴｉＡｌ性能的影响类似于氧元素。增强ｄ－ｄ键的６方向性,增加普通位错的Ｐ－Ｎ力,提高普通位错开动的临界分切应力和滑移阻力。Ａｌ对γ－Ｔ合金性能的影响是通过影响合金中的ａ２相含量来影响其性能的。随俣金中Ａｌ含量升高,ａ２相含理减少,位错运动非热     

Effects of W Concentration on Creep Microstructure and Property of Novel Co-Based SuperalloysEI北大核心CSCD

以γ’相强化的Co-Al-W高温合金(Co-9Al-xW,x=8、9、10，原子分数，%)为研究对象，耦合CALPHAD和晶体塑性本构关系，建立了高温加载时微观组织演化的三元弹塑性相场模型，考察了W含量对蠕变过程中γ’相演化行为和蠕变性能的影响。结果表明，随W含量增加，γ’相体积分数增加，γ基体塑性变形降低，筏化形成并提前，导致蠕变性能提高。不变矩分析表明，9W和10W合金中筏组织形成是出现稳态蠕变阶段的主要原因。应力/应变分析表明，高W合金γ基体中较大的错配应力减小了塑性变形。     

铸造镍基高温合金的蠕变阻力

在对颗粒强化理论和位错蠕变理论进行回顾、评价基础上，发展了一个位错蠕变阻力模型，认为蠕变阻力是影响铸造镍基高温合金蠕变机制的重要因素。当施加应力足以使位错切入γ′相时，主要蠕变机制是位错切割γ′相过程，蠕变阻力就是位错切入γ′相的临界门槛应力。在低施加应力区，位错只能借助于热激活攀移过程通过γ′相。蠕变阻力包括两部分：第一项是位错攀移临界门槛应力，与施加应力无关；第二项是与施加应力有关的阻力项，代表了其他强化机制的贡献。位错攀移机制蠕变阻力的上限是切割机制门槛应力。在3种铸造镍基高温合金中（定向凝固DZ17G合金，IN100合金和IN738合金），对上述模型进行了验证，理论计算应用了SL强化理论，与实测值符合较好。     

γ-γ'双相镍基高温合金蠕变损伤的微观分析

用晶体热粘塑性模型研究了镍基合金中γ与γ'相的非弹性行为,进行了在晶体塑性理论基础上考虑镍基高温合金中的随机分布相结构对其蠕变与损伤过程的数值模拟.模拟假定合金中γ'相的尺寸及分布具有随机性,γ与γ'相在高温下的变形、损伤用温度相关的晶体粘塑性损伤本构关系进行计算,计算结果与周期体胞模型进行了比较.结果表明:γ'相随机分布模型能够反映镍基合金微观变形和应力分布不均匀、局部剪切变形和可能的破坏倾向;该模型的蠕变分析结果较周期体胞模型合理.     

Microstructure Evolution of A Pre-compression Nickel-Base Single Crystal Superalloys During Tensile Creep

采用预压应力处理使镍基单晶合金中的γ’相转变成P-型筏状结构, 通过拉伸蠕变曲线测定和组织形貌观察, 研究了该合金拉伸蠕变中的组织演化. 结果表明: 在拉伸蠕变初期, 合金中的P-型筏状γ’相转变为N-型筏状结构. 由于高温拉应力导致γ’/γ两相中元素平衡浓度发生变化及P--型筏状γ’相的不均匀粗化, 促使P-型筏状γ’相发生分解出现沟槽; 沟槽区域溶质元素化学位的提高引起的元素定向扩散是γ’相逐渐溶断成类立方体结构的主要原因. 切应力分量使立方γ’相与应力轴垂直界面的晶格收缩可排斥较大半径的Al和Ta原子, 拉伸张应力使平行于应力轴界面的晶格扩张可诱捕较大半径的Al和Ta原子, 是促使γ’相定向生长成为N--型筏状的主要原因. 其中, 在拉应力作用下类立方γ’相不同界面的应变能密度变化是元素扩散及γ’相定向粗化的驱动力.     

Microscopic Creep and Damage of γ-γ＇Two-phase Nickel-base Superalloy under Elevated-temperature

用晶体热粘塑性模型研究了镍基合金中γ与γ′相的非弹性行为,进行了在晶体塑性理论基础上考虑镍基高温合金中的随机分布相结构对其蠕变与损伤过程的数值模拟.模拟假定合金中γ′相的尺寸及分布具有随机性,γ与γ′相在高温下的变形、损伤用温度相关的晶体粘塑性损伤本构关系进行计算,计算结果与周期体胞模型进行了比较.结果表明：γ′相随机分布模型能够反映镍基合金微观变形和应力分布不均匀、局部剪切变形和可能的破坏倾向;该模型的蠕变分析结果较周期体胞模型合理.     

多相Ni3Al基高温合金微区氧化行为

以多相Ni₃Al基高温合金为对象，通过热处理得到了3种微区结构：枝晶干γ’+γ两相区、枝晶间β相和包裹着枝晶间β相的γ’包覆层，研究了不同微区组织在1000℃的等温氧化行为。3个微区在氧化初期呈现出不同的氧化行为：γ’包覆层处为明显的双层氧化膜结构，呈现胞状凸起，外部是混合层(Ni O、Ni Fe₂O₄和Al₂O₃)，内部为单一Al₂O₃层，而枝晶干γ’+γ两相区和枝晶间β相形成单层Al₂O₃膜。随着等温氧化时间的延长，由于晶格扩散占据主导地位，不同微区氧化膜厚度差显著缩小，3个微区的氧化膜组成逐渐趋于一致，形成致密单一的Al₂O₃层。     

Cu/MgO界面位错的高分辨电子显微镜研究

用高分辨透射电子显微镜对内氧化产生的Cu/MgO界面进行了研究，观察到了取向关系相同的两种不同界面。并运用近重位点阵模型对其界面结构进行了研究，求出了失配位错的3个Burgers矢量和次级位错的3个Burgers矢量，它们分别为：b1^→=1/4[011]MgO,b2^→=1/2[100]Cu,b3^→=1/4[01^-1]MgO;b1^→′=1/12[101]Cu(或1／99[755]MgO),b2^→′=1/12[101^-]Cu（或1/99[75^-5^-]MgO),b3^→′=1/6[010]Cu(或1／10[01^-1]MgO)失配位错之间的距离与实验测量结果符合得很好。     

Cu/Ni多层膜强化机理的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了Cu／Ni薄膜结构在纳米压入和微摩擦过程位错的运动规律,探讨了薄膜结构中位错与界面的相互作用规律．结果表明：Cu／Ni多层膜结构中的层间界面会阻碍位错继续向材料内部扩展,阻碍作用主要来自于两个方面：界面失配位错网对位错运动的排斥阻力使其难以到达或穿过界面;由弹性模量差而产生的界面镜像力使位错被限制在Cu单层膜内运动．这种阻碍作用有利于提高Cu／Ni多层薄膜的力学性能．     

Ni基单晶高温合金CMSX—2树枝晶结构错配度变化的测算

用元素分配比计算了CMSX－2合金树枝状晶各典型区域（枝晶、枝晶臂及枝晶间）γ和γ′的相成分，用Wantanabe公式求得相应区域γ和γ′的点阵常数，由此算得各区域所对应的室温错配度，用Link关于温度与应力综合作用对错配度影响的公式计算了持久变形过程的错配度。解释了该合金在室温无外应力至高温＋外应力作用时错配度符号及大小的变化，枝晶各区域错配度的变化与各区域分的变化和各区、各相中Ta／W比以及显微硬度（HV）的变化有显著对应,支晶各区域成分变化引起的错配度及其速率的变化幅度直接影响试样的持久寿命。     

外加应力对Al-Cu及Al-Cu-Mg-Ag合金析出相生长的影响

采用电阻法和透射电镜观察研究了应力对Al-3．88Cu(质量分数，％，下同)和Al-3．87Cu-0．56Mg-0．56Ag合金时效析出相的影响，结果表明：外加应力促进原子团簇或GP区的形成但延缓θ‘和Ω相的析出与长大；Al-Cu-Mg-Ag合金时效动力学过程存在一个调整微观结构演化的临界应力值，在大于该值的应力作用下将有助于原子团簇或GP区的析出；Al-Cu合金和Al-Cu-Mg-Ag合金时效过程中引入外加应力导致沉淀相择优取向；采用Eshelby弹性夹杂物理论计算外加应力与错配应力场间的相互作用可分析产生应力位向效应的原因．     

Phase Evolution and Thermal Expansion Behavior of a γ′ Precipitated Ni-Based Superalloy by Synchrotron X-Ray Diffraction

The phase evolution and thermal expansion behavior in superalloy during heating play an essential role in controlling the size and distribution of precipitates, as well as optimizing thermomechanical properties. Synchrotron X-ray diffraction is able to go through the interior of sample and can be carried out with in situ environment, and thus, it can obtain more statistics information in real time comparing with traditional methods, such as electron and optical microscopies. In this study, in situ heating synchrotron X-ray diffraction was carried out to study the phase evolution in a typical γ′ phase precipitation strengthened Ni-based superalloy, Waspaloy, from 29 to 1050 °C. The γ′, γ, M₂₃C₆ and MC phases, including their lattice parameters, misfits, dissolution behavior and thermal expansion coefficients, were mainly investigated. The γ′ phase and M₂₃C₆ carbides appeared obvious dissolution during heating and re-precipitated when the temperature dropped to room temperature. Combining with the microscopy results, we can indicate that the dissolution of M₂₃C₆ leads to the growth of grain and γ′ phase cannot be completely dissolved for the short holding time above the solution temperature. Besides, the coefficients of thermal expansions of all the phases are calculated and fitted as polynomials.     

一种含Ru镍基单晶高温合金的组织特征

对一种含3%Ru(质量分数,下同)的第四代镍基单晶高温合金的热处理态组织中的γ′相尺寸及分布情况、亚晶及嵌镶结构、γ/γ′两相点阵错配度、γ′相体积分数等进行了表征.X射线衍射实验结果表明,该合金不是一种完整的单晶合金,而是由许多相邻平均取向偏差为0.5°左右、最大取向偏差为3°左右的亚晶组成,亚晶存在亚晶界.每一个亚晶又是由大量的嵌镶结构组成,嵌镶结构之间的取向偏差为0.1°-0.2°.实验结果表明,这种合金的热处理态组织中存在明显的组织不均匀现象,呈枝晶状分布.该合金的平均γ′相尺寸为0.39μm,平均γ′相体积分数为69.5%,平均γ/γ′两相点阵错配度为-2.0×10~3.讨论了这种合金热处理态组织的演变规律.     

INFLUENCE OF TOP TEMPERATURE OF THERMAL CYCLE ON THERMAL STRESS/STRAIN AND THERMAL FATIGUE BEHAVIOR OF PURE IRON

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｉｇ．１　ＴｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｍａｃｈｉｎｅｗｉｔｈＯｕｔｅｒｃｉｎｓｔｒａｉｎｔＴｈｅｄａｍａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍｓｏｆｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇｐｉｅｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａｌｏｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｖａｒｉｏｕ…     

First-Principles Study of the Influence of Lattice Misfit on the Behavior and the Ductility Effect of Hafnium in Ni-Ni_3Al System

Two Ni/Ni_3Al-interface-contained cluster models with/without lattice misfit are studied by first-principles method to clarify the debates about the segregation behaviors of Hafnium(Hf) and explore the influence of lattice misfit on the ductility effect of Hf.It is found that though Hf prefers to substitute Al rather than Ni in Ni_3Al phase within most of the investigated misfit range,its stronger preferring to Ni phase than Ni_3Al phase makes it impossible to go into Ni_3Al phase to occupy Al site in Ni-Ni_3Al alloys.Bond order analysis in Hf-free case shows that lattice misfit has different effects on the Griffith work of interfacial cleavage 2_(γint)/E and the maximum theoretical shear stress τ_(max) of Ni and Ni_3Al,contributing to the existence of anomalous strength-temperature phenomena in Ni_3Al alloys.However,the addition of Hf will make the2_(γint)/E(or τ_(max)) of both Ni_3Al and Ni decrease(or increase) with lattice misfit,indicating that the addition of Hf may make the anomalous strength-temperature relationship in Ni_3Al region disappear locally.     

电磁铸造大板坯凝固过程中热裂纹萌生机理分析

依据电磁铸造（ＥＭＣ）大板坯凝固进程的数值模拟结果，建立了预测热裂纹萌生部位及应力的解析表达式对板坯产生的裂纹及其材质的组织结构的评价表明：热裂纹的萌生与材料的力学性能及组织结构没有必然联系；控制凝固过程中板坯表面温度是减少热裂纹萌生的有效方法。所得结果与裂纹实际情况吻合。     

铱及铱基合金多元化研究进展

概括论述了铱的特点和纯铱在室温条件下脆性断裂的几种可能机制,说明了纯铱在超高温应用领域存在的问题;系统地综述了世界各国在铱合金多元化方面的研究思路和取得的研究成果,展望了铱基合金在高温结构材料领域的发展前景,最后特别指出了铱合金未来的研究方向。