钝化膜应力导致不锈钢应力腐蚀的研究

用恒位移加载台, 在透射电子显微镜(TEM)中原位观察应力腐蚀前后裂尖前方位错组态的变化以及微裂纹的形核和扩展. 结果表明, 310不锈钢在沸腾的25% MgCl²水溶液中应力腐蚀时腐蚀过程本身能促进位错发射、增殖和运动. 当腐蚀促进的位错发射和运动达到临界状态时, 应力腐蚀裂纹形核和扩展. 测量表明, 321不锈钢在沸腾MgCl²中自然腐蚀时表面钝化膜会产生一个附加拉应力, 它可能是腐蚀促进位错发射和运动的原因.     

氢促进位错发射和运动导致裂纹形核的研究

利用恒位移加载台，在ＴＥＭ中原位研究了油管钢在充氢和水介质中应力腐蚀前后裂尖位错组态的变化。结果表明，氢能促进位错发射、增殖和运动，并使无位错区扩大。用激光云纹干涉法原位测量了充氢前后加载缺口前端位移场的变化，结果表明，氢能使缺口前端塑性区及变形量增大。ＴＥＭ原位观察表明，当氢促进位错发射、运动达到临界条件时就引起纳米级氢致裂纹在无位错区中形核。探讨了氢促进位错发射、增殖和运动的原因以及氢致裂纹形     

钝裂纹发射位错后的应力分布及有效应力强度因子

获得了狭椭圆孔周围刃位错及其像位错应力场的解析解，在此基础上计算了Ⅰ型钝裂纹（椭圆型）在恒载荷下发射位错达到平衡后的应力分布及有效应力强度因子。结果表明，位错发射达到平衡后会形成无位错区（DFZ），除了钝裂纹顶端存在一个应力峰值外，在DFZ内存在第2个应力峰值；随着外加应力强度因子（KⅠa)或材料磨擦力τf的增大，DFZX的尺寸变小，裂尖应力峰值不断下降，而DFZ内的应力峰值以及裂尖有效应力强度因子KⅠf却不断增大，当KⅠa或τf较小时，裂尖应力峰最高；当KⅠa或τf较高时，ＤＦＺ内的应力峰最高，由于位错的屏蔽作用，屏蔽比ＫⅠa／ＫⅠf随ＫⅠa的升高而增大，但它随τf 的增大而下降。     

吸附促进位错发射,运动导致脆性裂纹形核

在透射电子显微镜中原位观察了Ａｌ单晶吸附Ｈｇ原子后加载方前方位错组态的变化以及微裂纹的形核过程。结果表明：液体金属吸附后能促进位错的发射，增殖和运动；     

薄晶体中位错滑移能力枯竭后的破坏模式

利用ＴＥＭ原位拉伸研究了纯铜，纯铝和纯铁３种金属薄膜在位错滑移能力枯后，微裂纹形核前微观结构的变化。在３种金属中，较厚区域的减薄均是通过位错滑移进行的。但随后的过程不同。对于面心立方金属，当位错滑移能量竭时，发生｛１１１｝〈１１２〉孪生或微裂纹殂核。     

Cu在非晶合金Fe—Zr—B结晶过程中的作用

利用场离子显微镜－原子探针和透射电子显微镜研究了Ｃｕ在非晶合金Ｆｅ－７Ｚｒ－３Ｂ－１Ｃｕ初晶转变过程中的行为，结果表明，结晶前有富Ｃｕ的原子团簇形成，结晶过程中富Ｃｕ的原子团簇为α－Ｆｅ相提供形核位置，有效提高了α－Ｆｅ的形核密度。     

氢促进位错发射的分子动力学模拟

利用第一原理和陈氏三维晶格反演公式获得了Al和H的互作用对势 .分子动力学计算表明 ,当Al晶体中含H时 ,裂尖发射位错的临界应力强度因子从0 .1 1MPam降低为 0 .0 75MPam(CH=0 .72 % )和 0 .0 6MPam(CH=1 .44% ) ,即氢促进了位错的发射 .计算表明 ,氢在裂尖富集后能形成许多小气团 ,同时使平衡空位浓度升高     

球磨诱导6H-SiC→3C-SiC的多型转变

Ｘ射线衍射与高分辨电子显微术证实了在球磨条件下可发生α－ＳｉＣ向β－ＳｉＣ的转变。高分辨电子显微术证实α－ＳｉＣ中的６Ｈ－ＳｉＣ向β（３Ｃ）－ＳｉＣ的转变是通过磨球和粉末碰撞时在相邻密排面上引入不全位错实现的。其基本过程是不全位错的运动使６Ｈ的一个（３，３）堆垛向（４，２），（５，１）至（６，０）堆垛序过渡，形成６层３Ｃ－ＳｉＣ的｛１１１｝堆垛，相继进行这一过程即可完成６Ｈ－ＳｉＣ向３Ｃ－ＳｉＣ的     

马氏体相变的形核机制

利用透射电子显微镜原位拉伸实验观察Ｆｅ－ＮｉＶ－Ｃ合金中α马氏体的形核过程，并利用原位冷却跟踪实验证实所观察到的特殊的位错组态是马氏体核胚，在相变过程中，一个核胚转变为一个小叶片，一群平行的叶片组成一个大马氏体片。马氏体相变过程是往复切变过程，相邻核胚往往以相反的方向切变，采用约化胞方法确定观察到的马氏体核胚的晶体结构为面心正交，采用马氏体形核机制解释了马氏体核胚晶体结构。晶体学分析证实了所提出的     

高温应变下的亚晶界湮没与位错旋转机制的晶体相场模拟

采用先进的晶体相场模型,分别模拟了不同高温条件下的小角对称倾侧晶界,在施加应变下的晶界分解和亚晶界湮没的过程.研究表明:对于不靠近固-液共存温度的高温(T1)预熔化样品,施加应变下的晶界位错发生滑移运动,生成亚晶界和新的晶粒.随后,具有相反Burgers矢量的位错亚晶界相向运动,新晶粒不断吞噬旧晶粒而长大,最后发生亚晶界相遇湮没,亚晶界和预熔化区域消失,双晶转变为完整单晶.对于靠近固-液共存温度的高温(T2)预熔化样品,在应变作用下,生成的亚晶界相向运动,当接近到一定距离时,形成位错对偶极子,发生亚晶界位错结构二次转换,之后亚晶界运动反向,往回迁移运动,最后与另一列返回的亚晶界相向靠近,相互作用转变成"之"字形的亚晶界,然后湮没消失,整个体系转变为单晶.对于高温T2预熔化亚晶界,在应变作用下,形成位错对偶极子的过程中,偶极子的2个位错对的预熔化区域开始扩张、连通,形成近似棒状区域.这一过程的实质是高温预熔化区内部的原子晶格变软,使得在应变作用下,原子排列可以较容易的发生滑移和扭转变形,发生了不同类型的位错相互作用,出现了位错萌生、形核和增殖,位错分解和湮没等一系列位错反应,由此引起了位错的Burgers矢量方向的改变和亚晶界位错类型交换.     

310不锈钢中氢致纳米空洞导致断裂的机理

对充氢的 31 0不锈钢薄膜进行TEM原位拉伸表明 ,当CH 较高时 ,氢致断裂通过纳米空洞形核 ,然后沿 {1 1 1 }面准解理扩展的方式进行 ;当CH 较低时 ,氢促进纳米空洞形核、长大和连通 ,进而导致韧断 .在此实验基础上 ,提出了一个新的模型 .该模型认为 ,位错挣脱缺陷气团的钉扎 ,并运动离开无位错区 (DFZ) ,结果沿 {1 1 1 }面产生许多空位团和氢原子簇 .氢趋于和空位团结合 ,导致纳米空洞沿 {1 1 1 }面形核 ,高密度纳米空洞来不及长大便互相连通 ,进而导致脆性扩展 ;而稀疏纳米空洞可以长大成微空洞甚至宏观空洞 ,最终导致韧性扩展 .     

钢的氢致沿晶断理解理论

氢通过应力诱导扩散富集在晶界降低沿晶裂纹形核表面能；与此同时通过氢促进局部塑性变形使应变局部化，从而降低塑性变形动。     

AgCu合金的内氧化的微观结构与机制

研究了Ｃｕ含量（原子分数）分别为０．８％，３．３％，６．３％和９．５％的ＡｇＣｕ合金在７５０℃以及在８５０℃的内氧化。发现ＣｕＯ颗粒能在含有０．８％，３．３％和６．３％Ｃｕ的合金表面较均匀形核析出，而Ａｇ－９．５％Ｃｕ合金表面有ＣｕＯ颗粒簇集中析出的现象；并且，内氧化的形核与长大情况随Ｃｕ含量或氧化温度的变化而明显不同，氧化温度及Ｃｕ含量低时，ＣｕＯ的析出与长大规律符合Ｂｏｈｍ－Ｋａｈｌｗｅｉｔ经     

含Re镍基单晶高温合金高温低应力蠕变初期γ/γ′界面结构研究

为了深入理解含Re镍基单晶高温合金高温低应力蠕变初期的蠕变行为和强化机制,本文利用电子显微学和能谱学等方法,从介观至原子尺度研究了DD6单晶高温合金在1100℃/140 MPa蠕变15 min后的界面位错组态、界面位错核心结构以及界面位错附近的合金元素分布情况.结果表明蠕变初期合金中的位错密度较低,只在局部形成位错网络,因此蠕变初期γ此蠕变界面形成的V形和台阶状凸起结构数量明显低于稳态蠕变初期(12h)时的,而且台阶状凸起结构(对应a/210160°混合型位错)明显多于V形凸起结构(对应a/2110刃型位错,由位错反应形成).蠕变初期形成的特殊形状的台阶状凸起结构是由于界面位错沿γ/γ′界面运动形成的,而Re等合金元素的共偏聚进一步验证了Re元素偏聚同界面位错的交互作用.     

贝氏体相变单元及长大机制的TEM研究

利用透射电子显微镜（ＴＥＭ）观察了Ｆｅ－Ｎｉ－Ｍｎ和Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金贝氏体形貌和亚结构。证实贝氏体相变单元的存在。贝氏体通过相变单元的应力应变诱发形核伸长，通过沿缺陷面方向的扩展实现增厚。贝氏体相变单元的横向尺寸差和贝氏体沿缺陷面的滑移，错动形成了贝氏体／奥氏体相界面台阶，台阶阶面与缺陷面对应，难以进行侧向迁移。     

铁基合金fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变的形核能垒

基于位错理论和Olson等人提出的层错能模型, 考虑到外加应力场的作用, 建立了fcc(g )→hcp(e )马氏体相变在小角度晶界处形核时, 胚核尺寸与能量之间的关系模型. 用此应用模型讨论了温度、切应力以及晶界位错密度对FeMnSi基合金中fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变形核的影响. 结果表明, fcc(γ) → hcp(ε)相变形核过程中存在着一些特征尺寸的胚核: 亚临界胚核和临界胚核, 它们之间的能量差构成了马氏体相变的能垒. 这些特征胚核的尺寸将随着外部条件(应力和温度)的改变而变化, 随着温度降低, 切应力增加将使临界胚核尺寸变小, 直至最终能垒消失. 基于上述讨论, 从动力学的角度讨论了M_S点及临界切应力τ_c诱发fcc(γ) → hcp(ε)相变的能量条件, 解释了在MS点处合金的层错能不为零的实验结果. 另外, 小角度晶界处位错密度的增加, 也有利于hcp相形核.     

集中荷载作用下三维裂纹问题的动态应力强度因子

讨论裂纹面受到对突加集中荷载作用时的三维半无限裂纹问题，应用对称性和叠加原理，将其化为Ｌａｍｂ问题和有位移约束条件的半无限大空间问题分别进行求解。在此基础上，利用积分变换，Ｗｉｅｎｅｒ－Ｈｏｆｐ技术和Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅ Ｈｏｏｐ方法，成功地得到了动态应力强度因子的精确解，所得取的解有明显的物理意义。     

基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.     

应力腐蚀和压力溶解对双重孔隙岩体中THM耦合影响的有限元分析

引入裂隙开度的应力腐蚀和压力溶解模型,针对一个假设的位于非饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置库,拟定2种计算工况：（i）裂隙开度随应力腐蚀和压力溶解而变化（基岩的孔隙率亦是应力的函数）;（ii）裂隙开度和基岩的孔隙率均为常数,进行热-水-应力耦合的二维有限元分析,考察了岩体中的温度、裂隙开度的闭合速率、闭合量、孔（裂）隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布等情况.结果主要显示：应力腐蚀引起的闭合速率要高于压力溶解引起的闭合速率6个数量级,且2种因素产生的闭合速率随时间先增加后减少,并趋于稳定;随着时间的推移裂隙开度由初始值下降并趋于残余值,而粗糙面接触率亦由初始值上升并趋于其名义值;当考虑应力腐蚀和压力溶解时,近场的负裂隙水压力上升很高;2种工况的岩体中的应力量值及分布差别很小.     

fcc（γ）→hcp（ε）马氏体相变

列出热弹性马氏体相变的判据。据此，将Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ基合金中的ｆｃｃ（γ）→ｈｃｐ（ε）马氏体相变归属半热弹性相变，和铁基合金中ｆｃｃγ→ｂｃｔ（ｂｃｃ）α‘，βＣｕ基合金中的热弹性马氏体相变以及含ＺｒＯ２的陶瓷中ｔ→ｍ不同，在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ的γ→ε中，母相的强化和晶粒大小不显著影响Ｍｓ，以及马氏体相变的内耗峰并不对应母相弹性模量的急剧下降，显示其可能层错直接形核而不强烈需求软模。比较了热诱发和