单晶铜中纳米空洞的特性研究

利用分子动力学方法研究了单晶铜中球形空洞在冲击波下的演化过程.模拟结果表明在冲击波作用下,空洞周围原子发生滑移,已滑移和未滑移的边界形成位错环.不同位错环处的生长速度不同.     

分子动力学模拟α-Fe拉伸与疲劳裂纹扩展机理

采用分子动力学模拟方法研究了含(010)[001]和(0-11)[100]型中心裂纹的金属α-Fe分别在拉伸与疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究发现,在拉伸载荷作用下,(010)[001]型裂纹在钝化的基础上沿着{110}滑移面塑性扩展;(0-11)[100]型裂纹尖端位错沿(011)面发射,裂纹沿(110)表面脆性解理扩展.在循环载荷作用下,(010)[001]型裂纹尖端位错沿着{111}110滑移系扩展,裂纹在裂尖应力集中作用下,沿之字形快速扩展;(0-11)[100]型裂纹扩展方式与拉伸失效时基本一致,裂纹在(110)面内发生快速的脆性解理扩展.两种裂纹扩展过程中都有层错和位错的共同作用.研究表明,(110)表面的表面能最低,是α-Fe的最优解理面.     

拉伸与疲劳载荷下α-Ti 中裂纹扩展机制的原子模拟

采用分子动力学方法模拟研究含3种不同裂纹取向的α-Ti在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究表明:B(0001)[1-210]裂纹构型通过产生变形孪晶的方式来实现垂直于基面方向的变形,单向拉伸过程中裂尖处有无位错区出现;A(1-210)[10-10]和C(1-210)[0001]裂纹构型的失效过程表明基面位错比柱面位错更容易发射;C裂纹构型循环加载时基面滑移系优先开动,使位错快速发射而释放了裂尖应力,导致裂纹出现止裂现象;含微裂纹α-Ti材料的失效过程是位错形核与发射、缺陷扩展、孪晶变形等共同作用的结果.     

外应力作用下小角晶界的斜排位错运动研究

[目的]探讨纳米晶材料中小角度晶界位错在应力作用下的演化机理。[方法]通过分析位错受力,建立动力学方程,分析晶界斜排位错在受到外应力作用下的运动规律。[结果]晶界位错的3个部分结果不同,处在中心位错以上的位错(第1部分)在剪切应力不断增大的过程中,会经过滑移,波动,最后沿柏氏矢量方向滑移过程;中心位错(第2部分)会经过滑移,波动,再滑移过程;中心位错以下的位错(第3部分)会先逆柏氏矢量方向滑移,然后改变运动方向进行攀移,最后回到第5个位错的初始位置后沿柏氏矢量滑移。[结论]当晶界位错受到外应力作用时,晶界会马上瓦解,外应力是导致晶界瓦解的主要因素。对比水平位错的晶界,斜排位错组成的晶界瓦解不具有对称性,每个位错的运动规律都各有特点。     

强流脉冲电子束辐照诱发单晶铝表层的微观结构状态

利用Nadezhda-2强流脉冲电子束(HCPEB)装置分别在1 J/cm2和4 J/cm2能量密度下对单晶铝进行了辐照处理.1 J/cm2能量密度下,表面处于未熔化状态,表面形成互相平行的带有中脊线的挛晶结构;而4 J/cm2能量密度辐照下,在表面熔化的同时则没有变形条带出现.透射电镜分析表明,1 J/cm2能量密度HCPEB辐照能够在单晶铝表层诱发孔洞甚至堆垛层错四面体这种通常在高层错能金属中不能形成的空位簇缺陷,并且很少观察到位错的出现,也观察不到位错滑移的痕迹;4 J/cm2能量密度辐照单晶铝表层则是位错滑移引起的位错缠结结构为主.     

含中心微裂纹α-Fe拉伸与疲劳失效机理的原子模拟

采用分子动力学方法研究了含(010)[101]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制。研究表明,含有此类裂纹的体心立方金属铁在单轴拉伸载荷下,其破坏机制是一个以裂尖层错和孪晶变形共同存在、伴有裂纹钝化,并最终以孪晶变形为主的过程。疲劳失效是以孪晶形变为主,全位错、不全位错、层错共同作用的破坏机制,同时发现循环加载下[11-1](-121)滑移系中孪晶形变比位错更容易发生,而且孪晶的出现,有利于减缓疲劳裂纹的扩展速度。含裂纹α-Fe变形与失效的过程,是一个位错、层错、孪晶和相变等多种微观机制共同作用的复杂过程。     

晶体取向对镍基单晶DD6合金蠕变性能的影响

针对航空发动机镍基单晶涡轮叶片高温服役下蠕变寿命的取向敏感性难题,开展了DD6单晶合金[001]、[011]与[111]3种典型取向在980oC下的蠕变试验,获得了服役温度下单晶合金的蠕变寿命、伸长率,均为[111]取向>[001]取向>[011]取向;通过对蠕变过程中微观组织演化以及蠕变断裂后断口形貌进行分析,揭示了不同取向下单晶合金的蠕变失效机理;基于晶体塑性理论,建立了DD6单晶考虑取向敏感性的粘塑性本构及损伤方程,能够较好地拟合不同晶体取向单晶的蠕变过程,为单晶叶片的强度分析与寿命预测提供参考。     

一种[001]取向镍基单晶高温合金蠕变特征

研究了一种[001]取向镍基单晶合金的蠕变特征和变形期间的微观组织结构.结果表明:在低温高应力和高温低应力条件下,合金具有较长的蠕变寿命和较低的稳态蠕变速率;在700℃,720MPa条件下,透射电镜(TEM)观察显示蠕变期间的变形特征是12<110>位错在基体中运动,发生反应形成13<112>超肖克利(Shockley)不全位错,切入γ′相后产生层错.在900℃,450MPa条件下,没有出现蠕变初始阶段,γ′相从立方体形态演化成筏形;在加速蠕变阶段,多系滑移开动,大量位错剪切γ′相是变形的主要机制.在1070℃,150MPa条件下,γ′相逐渐转变成筏形组织,并在γ/γ′界面处形成致密的六边形位错网,位错网可以阻止位错切入γ′相,提高蠕变抗力;在蠕变后期,位错以位错对形式切入γ′相,是合金变形的主要方式.     

含裂纹bcc铁拉伸与疲劳的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了含(0 1-1)[011]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究结果表明:在拉伸载荷作用下,材料因应力集中导致了由bcc到hcp的相变,裂纹呈现严重钝化扩展现象,整个过程还伴随着层错、孪晶等现象的发生; 在循环载荷作用下时,位错沿滑移面(-2 1 -1)和(2 -1 1)快速发射,从而使得裂尖处应力得以快速释放,疲劳裂纹扩展相当缓慢,裂纹出现止裂现象,整个疲劳加载过程未发现孪晶、相变等现象.     

173W的高自旋态和γ5/2~-[512]转动带的旋称反转

利用150Nd（28Si,5n）熔合蒸发反应居了173W的高旋态.于标准在束核谱学实验测量结果,扩展了于γ7/2＋[633],γ5/2-[512]和γ1/2-[521]准组态的转动带.首次建了173W γ1/2-[521]转动带的能量非优先分支.发现γ5/2-[512]转动带在低旋区出现旋称反转.相似的旋称劈行为表明174Reπ1/2-[541]γ5/2-[512]转动带的旋称反转来位于5/2-[512]轨道的中.旋称反转制有待进一研究.     

L12有序结构Ni74.5Pd2Al23.5合金超点阵内禀层错的形成机制

用ＴＥＭ研究了Ｌ１２长程有序结构Ｎｉ７４．５Ｐｄ２Ａｌ２３．５合金室温变形后的位错结构．结果表明,加Ｐｄ韧化的Ｎｉ７４．５Ｐｄ２Ａｌ２３．５合金室温变形组织中存在着大量超点阵内禀层错．这些层错是从以反相畴态分解的ａ／２〈０１１〉位错通过进一步的分解和反应转变来的．层错的形成是合金变形过程中位错交互作用的二次产物,并不成为影响Ｎｉ７４．５Ｐｄ２Ａｌ２３．５合金变形和韧性的主要因素．     

Si晶体中螺位错滑移特性的分子动力学

在保持Si晶体模型完全周期性的边界条件下, 采用位错偶极子模型在其内部建立一对螺位错. 通过Parrinello-Rahman方法对模型施加剪应力, 并应用分子动力学计算位错运动速度及交滑移的发生与外加剪应力间的关系. 在此基础上进一步研究晶体内的空位缺陷对螺位错运动的影响. 结果表明, 在位错滑移面上的六边形环状空位聚集体可加速螺位错的运动, 并且螺位错能通过交滑移跨越该空位缺陷, 避免产生钉扎现象. 揭示了低温层中大量存在的空位缺陷是降低位错密度的原因.      

共轭双滑移取向铜单晶疲劳位错结构的SEM-ECC观察

利用扫描电镜电子通道衬度(SEM-ECC)技术观察和分析了[■ 2 3]和[■ 1 2]共轭双滑移取向铜单晶体的循环饱和位错结构.结果表明,驻留滑移带(PSBs)的位错结构随晶体取向的不同可呈现出不同的形态,如:[■ 1 2]晶体中的楼梯结构和[■ 2 3]晶体中的沿主滑移面排列的不规则或较规则胞结构.同时还观察到[■ 2 3]晶体中形变带的位错结构由一些不规则的墙和胞结构组成.对于晶体取向位于标准取向三角形[0 0 1]-[■ 1 1]边上的铜单晶体,其疲劳位错结构随晶体取向的不同发生有规律的变化,即:当晶体取向从[■ 1 2]分别向[■ 1 1]和[0 0 1]移动时,位错结构由PSB楼梯...     

室温下单晶硅显微压痕表面位错组态的TEM观察

采用透射电镜 (TEM )定位观察了室温单晶硅显微压痕表面的微观信息 .发现了为数不少的位错圈、堆垛层错、扩展位错及压杆位错、位错偶等多种组态 .尽管产生的原因各异 ,但均为最终的低能稳定组态 .位错的存在和运动表明常温下单晶硅的压痕缺口附近产生塑性变形 .     

不同温度晶界位错湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对不同温度的晶界位错湮没过程进行研究。【方法】采用晶体相场模型模拟中等角度对称倾侧晶界结构在不同温度下的晶界位错演化湮没过程,从位错的运动形式和体系自由能的变化,分析晶界的消失过程和位错的相互作用。【结果】具有二维三角晶格原子点阵结构形成的对称倾侧晶界是由配对的位错对按直线规则排列构成,可以看成由2套位错Burgers矢量组成。晶界湮没主要有如下几方面的特征过程:首先晶界位错攀移,然后发生位错分解,晶界发射位错,位错由攀移运动转化为作滑移运动;接着滑移位错穿过晶粒内部,直到在对面晶界上湮没;剩余的晶界位错继续作攀移运动,然后又出现位错分解,晶界再次发射位错,使得位错转为作滑移运动,与其它作滑移运动的位错在晶内相遇湮没消失。【结论】在低温情况,位错是一对一对地按照一定的顺序发生湮没,而高温情况,位错湮没可以同时出现几对位错一起发生湮没。最后,所有晶界和位错全部消失。     

初始原子排列对亚晶界湮没影响的晶体相场模拟

【目的】研究初始原子对亚晶界湮没机制的影响。【方法】采用晶体相场模型模拟亚晶界结构在应力作用下的湮没过程,并从位错运动和能量变化角度对湮没过程进行分析,同时讨论初始原子在两晶粒交界处的对齐程度对其后亚晶界湮没的影响。【结果】研究表明,初始晶界原子排列错位1/4晶格常数时,首先位错在晶界处攀移,然后位错同时分离成两个,一个分离出的位错停留于原位,另一个则进入亚晶内部进行攀移和滑移直至相遇湮没,之后原来停留于原位的位错在攀移一段时间后也进入亚晶内部进行攀移和滑移,最终相遇湮没,形成单晶。而初始晶界原子排列错位1/2晶格常数时,湮没过程与初始晶界原子排列错位1/4晶格常数时的情况存在很大的差异。【结论】亚晶界湮没过程中,位错直接进入亚晶内部进行攀移和滑移,位错间发生复杂的相互作用,最终位错全部湮没,形成单晶。同时体系能量将随应力的增加而波动下降,形成4个明显的峰谷。     

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。     

MD simulation of asymmetric nucleation and motion of 〈011〉 superdislocations in TiAI

The nucleation and propagation of （011] su- perdislocations in intermetallic TiA1 were investigated using molecular dynamics simulations and static energetics calculation, as part of our systematic effort to understand the twining and dislocation behavior of alloys based on y-TiAl. It was found that compared to ordinary dislocations in disordered crystals, superdislocations in ordered TiA1 lattice behave differently when sheared in the two opposite senses along [01-1] direction. This difference is due to the lower Llo lattice symmetry compared with the face-cen- tered cubic （fcc） lattice that it based on, with different yield stress and strain, and dislocation core dissociation and motion. Superdislocations nucleated in the form of loops dissociated in a planar manner into four Shockley partials separated by three kinds of faults： superlattice intrinsic stacking fault （SISF）, anti-phase domain boundary （APB） and complex stacking fault （CSF）, with partial separations depending on the sense of shearing and dislocation char- acter. During loop expansion, the dislocation core changes both in width and dissociation manner depending on the character of the segment in the loop. The core contains four partials close to edge orientation, gradually changing to three fold near 60°, and finally into twofold dissociation around 30° character. Superdislocations may have multiple critical resolved shear stresses （CRSS） for motion depending on dissociation and shearing sense even for the same slip system, with lower critical stress for the motion when SISF is in leading position.     

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。