高温应变作用下小角度晶界湮没过程的晶体相场模拟

【目的】采用晶体相场模型模拟应变作用下晶界的变形过程。【方法】分别模拟了对称倾侧双晶体系在远离熔点温度和接近熔点温度时,在外加应力作用下小角度晶界的湮没过程。【结果】研究表明,小角度晶界同一侧晶界处相邻位错组的柏氏矢量夹角为60°,并且当体系接近熔点温度时,晶界处位错组周围出现预熔区域。【结论】晶界处的位错组在应力作用下进行滑移运动,两种情况中晶界位错的湮没规律基本相同,但由于预熔情况的出现,使得位错运动的阻力降低,位错运动的速度较快,湮没时体系能量减小得更多。     

晶体相场法模拟小角度晶界的位错结构及其演化

采用晶体相场模型模拟小角度晶界结构和在外加应力作用下晶界、位错的演化过程,从位错的运动形式、体系自由能与应变关系等角度,讨论晶界位错运动和湮没过程。结果表明:在稳定的小角度晶界中,位错间距与位向差成反比。位错和晶界区域具有较高的能量密度;外加应力会导致一个位错组脱离晶界而分解成两个位错组,且有诱发晶界湮没的趋势;晶界湮没过程可以出现4个阶段或2个阶段,且存在敏感位向差角,位向差稍高于5.85°时晶界湮没过程呈4个阶段,位向差稍低于5.85°时晶界湮没过程呈2个阶段;位向差越小,晶界湮没过程越简单快捷。     

晶界位错运动的空位晶体相场模拟

【目的】研究不同形式的应力对位错运动形式的影响。【方法】通过添加空位自由能项修正晶体相场模型(Phase-field-crystal model,PFC model),得到空位晶体相场法模型(Vacancy phase-field-crystal model,VPFC model),并采用VPFC模拟小角度晶界(Grain Boundary)在外加单方向应力作用下的变形过程。【结果】在外加单方向应力作用下,小角度晶界位错组作攀移运动时系统自由能增加,位错组滑移时出现系统自由能下降和位错反应等现象。x方向拉应力促使位错发生负攀移,压应力促使位错发生正攀移。【结论】VPFC模型可有效模拟晶界位错、空位等微结构演化过程。     

晶体相场法模拟大角度晶界的变形过程

采用晶体相场法模拟大角度晶界在外加应力作用下的变形过程,研究外加应力方向对晶界结构及位错运动的影响.研究表明：大角度晶界在应力作用下通过改变晶界曲率和位错运动使晶界发生迁移;晶界处位错形核所需临界应变与体系所受应力方向有关,其中沿平行晶界方向比沿垂直晶界方向所需临界应变更大.研究结果揭示了晶界是位错的源和汇,不仅能够产生位错,而且能够吸收位错.     

不同应变速率热变形双相不锈钢的取向特征

在MMS-200热模拟实验机上,对S32750超级双相不锈钢在1 000℃,应变速率为0.01～10 s-1的条件下进行了高温压缩实验,利用电子背散射衍射(EBSD)技术对其晶体取向和晶界特征进行了分析.研究结果表明:在低应变速率时,铁素体晶粒出现〈111〉∥压缩轴织构;在高应变速率时,〈001〉织构又明显增加.铁素体晶粒随着应变速率的增加变得细小,而小角度晶界数量增加;在应变速率为10 s-1时,形变后奥氏体晶粒得到了〈110〉织构.应变速率的增加使奥氏体晶粒变大,小角度晶界数量增加.奥氏体相在小应变速率条件下变形可以获得更多的Σ3孪晶界.     

回火温度对Q960钢小角度晶界的影响

设计了一种低合金高强度的Q960工程机械用钢.在同种成分、同种轧制和淬火工艺下,研究回火温度对Q960钢小角度晶界的影响机理.经分析得出,随着回火温度的升高,小角度晶界的频率逐渐降低且实验钢的抗拉强度和屈服强度也相应地降低,而屈强比逐渐升高.不同回火温度下小角度晶界频率的峰值均出现在取向差5°附近,即取向差较小.取向差小使得小角度晶界比较稳定,原子迁移率小.通过计算键级积分(BOI)得出,B元素对Q960钢的小角度晶界有加强作用.     

扫描电镜电子通道衬度技术研究铜双晶体循环饱和位错组态

通过对垂直晶界［５９１３］⊥［５７９］铜双晶体进行循环变形,借助于扫描电镜电子通道衬度技术研究了组元晶体及晶界附近的循环饱和位错组态,结果表明两个组元晶体的表面滑移程度不同,两个组元晶体中的循环饱和位错组态也明显不同,驻留滑移带只能在组元晶体Ｇ１中形成,驻留滑移带能够到达晶界但不能穿过晶界．讨论了组元晶体取向对双晶体的表面滑移形貌及饱和位错组态的影响以及驻留滑移带与晶界的交互作用．     

三叉晶界迁移的晶体相场研究

【目的】研究三叉晶界对晶界迁移的影响。【方法】采用晶体相场(Phase Field Crystal,PFC)方法模拟包含一个环形晶粒的三晶系统中三叉晶界的迁移过程。【结果】环形晶粒在演化过程中不断收缩,三叉晶界迁移具有自相似性;三叉晶界迁移速率与晶界曲率成正比。【结论】三叉晶界对晶界迁移有拖曳作用,且晶界曲率越小,拖拽作用越明显。     

分子动力学模拟研究小角度晶界对马氏体形核的影响

利用嵌入原子类型（ＥＡＭ）的势函数和分子动力学方法，模拟研究了Ｂ２结构ＮｉＡｌ合金中小角度晶界对马氏体形核的影响，结果表明，无论在热诱发马氏体相变还是在应力诱导马氏体相变的模拟中，小角度晶界都不是马氏体形核的有利位置，并且可以阻碍马氏体的长大。根据位错理论，分析服小角度晶界上位错的应力场，结果表明，由于小角度晶界上位错应力场之间的相互抵消作用，位错应力场对奥氏体向马氏体转变的点阵畸变没有贡献，因而     

LBO晶体缺陷的研究

本文报道利用光学显微法和同步辐射白光Ｘ射线形貌术对非线性光学晶体ＬＢＯ缺陷的研究结果。利用光学显微法观测，得到多个面不同形态的位错蚀坑和小角度晶界；利用同步辐射白光Ｘ射线形貌术拍摄出晶体薄片的形貌照片，观测到密集的位错以及包裹物的衍射花样。文中研究并指出这些缺陷产生的原因。     

二维大取向角对晶界湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对大角正方相晶界的位错结构,揭示在外应变下的位错运动和位错反应的微观机理。【方法】采用双模晶体相场(PFC)模型,模拟大角度取向角位错湮没过程。【结果】晶界上的位错是由4个位错组成1个位错对。晶界湮没有如下主要过程:开始时位错沿晶界攀移,随后晶界发生位错分解并发射,位错运动方式由攀移转为滑移;滑移位错与其他位错在晶内相遇发生湮没,其余晶界位错进行攀移,再次出现晶界位错分解发射位错,位错滑移穿过晶界内部,到达对面晶界处发生湮没。在这个过程中部分位错滑移与其他位错相遇会形成新的位错,同样继续进行攀移、分解、滑移进而湮没的运动。【结论】PFC模型能较好地用于研究大角度正方相的位错在施加应力作用下的运动。     

Effect of high magnetic field on the recovery of tempered martensite

Influence of a 12 T high magnetic field on the recovery of tempered martensite in the chromium-containing steel was investigated. The results showed that a high magnetic field caused the percentage of low angle boundaries θ between 5° ~ 8° to increase by about 8%, while correspondingly decreased the percentage of high angle boundaries (>15°) by 9%. With the application of the magnetic field, the strain energy increased due to the higher density of free dislocations in the martensite, which leads to the retardation of recovery and little change in its lath shape due to the inhibition of the transition from low to high angle boundaries to maintain lower energy in the matrix.     

向错强度与阻尼系数对纳米晶材料小角度晶界湮没的影响

[目的]研究一维纳米晶材料演化过程中的小角度晶界湮没过程,探究向错强度与阻尼系数对位错湮没的影响。[方法]建立位错运动方程,计算模拟小角度晶界的晶格位错在外应力作用下发生的变化。[结果]随着切应力增加,晶界由过阻尼运动变为无穷远的单向运动,向错强度越大晶界越难以湮没,并且晶界位错由同时湮没转变为两端先湮没,中心后湮没;阻尼系数越大,湮没临界切应力越大,但到达一定值时,阻尼系数不再影响临界值。[结论]晶界湮没存在临界切应力,向错强度主要影响临界切应力,阻尼系数主要影响位错初始速度和运动停止时间。     

低碳钢烘烤硬化中C元素晶界的偏聚

针对低碳钢,测试了不同预变形量下的烘烤硬化性能;采用电子背散射衍射及电子探针技术分别分析了低碳烘烤硬化钢板的晶界特征和晶界元素偏聚。结果表明,随着预变形量不断增加,烘烤硬化值不断增大;钢中小角度晶界不断增多,但总体上大角度晶界还是占主导地位。退火态和不同预变形量下的烘烤态均存在碳元素在晶界处偏聚的现象,锰元素没有晶界偏聚。     

硼对第二代镍基单晶高温合金显微组织的影响

硼(B)是强化镍基单晶合金小角度晶界的重要微量元素,但目前关于B对镍基单晶合金显微组织影响的系统报道非常有限。通过对3种不同B含量(质量分数分别为0、0.01%、0.02%)的第二代镍基单晶合金DD11铸态及热处理态组织定量表征,研究了B对相转变温度、(γ+γ′)共晶组织、硼化物的影响。结果表明:B显著降低合金的固液相线,提高铸态共晶组织体积分数;0.01%B的加入,合金中未出现M3B2型硼化物相;而0.02%B的加入,显著促进了骨架状硼化物的形成,降低合金初熔点,引起残余共晶含量的大幅度提高;骨架状硼化物吸收较多的Cr、Mo和W等元素,降低合金的固溶强化效果,可导致单晶合金基体的蠕变性能大幅度降低。研究结果对认识单晶合金中微量元素B的作用机理及优化B成分范围具有理论指导意义。     

Influence of minor boron on the microstructures of a second generation Nibased single crystal superalloy

Boron is added into single crystal superalloys as a micro-alloying element to strengthen low angle grain boundaries.However,systematic investigations on the effect of boron on microstructures of single crystal superalloys are limitedly reported.The effect of boron on as-cast and heat-treated microstructures was investigated in two experimental Ni-based single crystal superalloys containing 3 wt% Re.The current results indicated that the volume fraction of(γ+γ′)eutectic and M_3B_2 borides was evidently increased,while the number of micropores was evidently decreased with the addition of 0.02 wt% boron.The(γ+γ′)eutectic could not be dissolved completely due to the lower incipient melting temperature caused by the formation of M_3B_2 borides.Meanwhile,the M_3B_2 borides were found to be enriched with indispensable strengthening elements Cr,Mo,W and Re,and this may lower the strengthening effect and cause stress concentration during high temperature creep.     

Effect of dislocation configuration on non-equilibrium boron segregation during cooling

Different densities and configurations of crystal defects were obtained in an austenitic Fe-30%Ni alloy and an ultra low carbon bainitic (ULCB) alloy by undergoing different deformations and annealing treatments at high temperatures. Boron segregation on grain boundaries and subgrain boundaries during air-cooling were revealed by means of the particle tracking autoradiography technique. It is found that non-equilibrium segregation is resisted indeformed grains after recovery and polygonization, boron-depleted zones seem to be quite clear inrecrystallized grains than those in deformed original grains during cooling. Subgrain boundaries andpolygonized dislocation cells have a significant effect on non-equilibrium boron segregation duringthe air-cooling. The results implicates that dislocation configuration is a more important factor affecting boron segregation at grain boundaries rather that the density of defects itself in thegrain.     

奥氏体变形及冷却速率对低碳贝氏体组织中大角晶界分布的影响

使用电子背散射衍射技术研究了低C高Mn高Nb成分设计下,非再结晶奥氏体变形及加速冷却速率对低碳贝氏体组织取向差特征和大角晶界分布的影响.结果表明,与原奥氏体晶粒内部的相变组织相比,原奥氏体晶界附近具有更高的大角晶界密度,非再结晶区奥氏体变形及快速冷却都有利于提高共格相变的驱动力、弱化变体选择以及有效增加大角晶界密度.此外,非再结晶区的大变形除了可充分压扁奥氏体晶粒和增加单位面积的奥氏体晶界密度外,还导致奥氏体晶界上细小的非共格转变铁素体晶粒生成,且这些铁素体晶粒与相邻组织表现出大取向差.     

Effect of microstructure on the low temperature toughness of high strength pipeline steels

Microstructure observations and drop-weight tear test were performed to study the microstructures and mechanical properties of two kinds of industrial X70 and two kinds of industrial X80 grade pipeline steels. The effective grain size and the fraction of high angle grain boundaries in the pipeline steels were investigated by electron backscatter diffraction analysis. It is found that the low temperature toughness of the pipeline steels depends not only on the effective grain size, but also on other microstructural factors such as martensite-austenite (MA) constituents and precipitates. The morphology and size of MA constituents significantly affect the mechanical properties of the pipeline steels. Nubby MA constituents with large size have significant negative effects on the toughness, while smaller granular MA constituents have less harmful effects. Similarly, larger Ti-rich nitrides with sharp corners have a strongly negative effect on the toughness, while fine, spherical Nb-rich carbides have a less deleterious effect. The low temperature toughness of the steels is independent of the fraction of high angle grain boundaries.