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．     

铜双晶体及其组元单晶体循环变形行为的比较：Ⅱ.晶界附近形变？…

在铜双晶体（ＣＢ，ＲＢ）及其组元单晶体（Ｇ１，Ｇ２）循环应力－应变响应比较的基础上，观察了双晶体（ＣＢ，ＲＢ）及其组元单晶体循环变形后表面滑移形貌及疲劳裂纹萌生，结果表明实际双晶体ＲＢ晶界附近组元晶体Ｇ２中出现以次滑移为主的晶界影响区，且晶界区随应变幅增加而变宽。     

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。     

高温应变下的晶界位错结构组态演化的晶体相场模拟

【目的】研究高温下晶体的晶界位错结构组态演化。【方法】采用晶体相场(PFC)方法模拟高温条件下小角对称倾侧晶界结构,研究施加x轴方向拉应变和y轴方向压应变作用下晶体的晶界位错的迁移、增殖和湮没。【结果】在施加应变的作用下,晶界位错迁移出晶界向晶粒内部移动,在位错增殖和湮没的过程中发生位错反应。【结论】位错增殖的本质是产生了分布于晶界两侧的对称位置数量相等且Burgers矢量总和为0的多组位错对。在晶界处新增殖的位错对,其左侧和右侧位错对的Burgers矢量之和分别不为0且方向相反。在位错增殖和湮没的过程中,样品的总Burgers矢量是守恒的,总是等于初始晶界处的位错组A的Burgers矢量。     

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。     

铜双晶体及其组元单晶体的循环变形行为比较：———Ⅰ.循环应力—？…

研究了实际生长的铜双晶体（ＲＢ）,组合双晶体（ＣＢ）及其组元单晶体（Ｇ１,Ｇ２）在总应变幅控制下的循环应力－应变响应,结果表明在相同应变幅下轴向应力幅随循环进行递增顺序为Ｇ２,ＣＢ,ＲＢ及Ｇ１,而塑性应变幅则按Ｇ２,ＣＢ,ＲＢ及Ｇ１顺序递减。通过引入一个双晶体的取向因子ΩＢ比较了双晶体（ＢＣ,ＲＢ）及其组元单晶体（Ｇ１,Ｇ２）的循环应力－应变曲线,其中两组元单晶体（Ｇ１,Ｇ２）的循环应力－应变曲线     

变形晶粒三叉晶界迁移过程的晶体相场模拟

【目的】研究纳米多晶材料受力变形过程中微观结构(如内部晶界,位错等)的演化过程,揭示纳米多晶材料受应力作用的微观机理。【方法】通过晶体相场(Phase field crystal,PFC)模型,模拟多晶样品在外加应力作用下的变形过程,分析内部畸变能的变化情况。【结果】在外加双轴动态加载作用下,当应变较小时,样品中的晶粒没有发生较大的变形,以位错沿着晶界运动为主。随着应变的增加,样品开始出现晶粒旋转、晶粒吞并、大小角晶界迁移运动、三叉晶界发射和接收位错等现象。晶界释放位错有助于减少晶界表面能;吸收位错则增加了晶界表面能。【结论】晶体相场方法可以有效模拟多晶体材料塑性变形过程的微观结构演化。     

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...     

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。     

Cu双晶循环形变饱和位错结构

用透射电子显微镜研究了３种Ｃｕ双晶循环形变饱和位错结构，双晶标记为「１３５」／「１３５」，「２３５」／「２３５」以及「３４５」／「１１７」／。观察表明，双晶的饱和位错结构和其循环应力应变响应一致。。在「１３５」／「１３５」，「２３５」／「２３５」平行晶界双晶循环应力－应变曲线平台区，饱和位错结构基本上由驻留滑移 梯状结构和基体的脉络结构组成。     

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.     

计算机模拟循环形变铜单晶体的自组织位错结构

以随机分布在主滑移面上的3000个平行正负直刃型位错作为初始组态,采用离散位错动力学方法,模拟循环形变铜单晶体的自组织位错结构,得到动态平衡分布的脉络和位错墙结构,发现大偶极子位错结构·模拟结果与实验观察相符     

高温预熔化晶界位错的结构组态转变的探究

晶体材料的性能受其内部晶界特性的影响。在高温下,晶体材料在晶界上易发生预熔化。本研究采用晶体相场(PFC)方法模拟高温二维六角晶体的晶界预熔化区在双轴加载作用下的结构演化情况。结果显示,晶界位错会发生配对,形成具有对称结构的位错团,一对位错上下排列,另一对位错左右排列,构成4个位错的组合。随着施加的应变增大,晶界位错预熔化区域横向扩展,其形状最初为棒状,逐渐转化为六边形,再转变成“V”形,最后又收缩为六边形。晶界预熔化区的形状变化伴随着内部位错结构的转变,从而发生位错芯扩展,原来上下配对的位错转变为并行排列的位错,左右排列的位错发生扩展滑移,并在左右两端萌生出一对新的位错。当预熔化区域扩展达到横向最宽时,该区域发射一对位错,随后预熔化区域开始收缩,最后又恢复到初始的形状。上述结果表明,位错结构的组态转变对晶体材料的高温变形机制能产生强烈的影响。     

晶体相场法研究小角晶界<100>位错芯的扩展演化

位错扩展对材料的性能有重要影响。本文应用晶体相场（PFC）法模拟体心立方（BCC）晶体的双晶晶界在施加双轴应变下,晶界的<100>位错芯的扩展现象。研究发现,晶界的■位错芯区域出现空位,从而给位错芯的扩展提供了条件。研究表明：随着应变量的增加,<100>位错发生分解反应,位错芯从单个刃位错分解成两个混合位错,然后,两个相邻的位错芯扩展成一个整体。这个大位错芯里包括4个柏氏矢量不同的1/2<111>位错,晶界的<100>位错的分解反应与这个1/2<111>位错相关,应变场分析表明<100>位错芯扩展时出现应变集中。     

Cu双晶的循环饱和位错结构——II.迷宫位错结构

用透射电子显微镜（ＴＥＭ）研究了受循环应变载荷作用的Ｃｕ双晶中的迷宫形态位错结构。实验表明,迷宫位错结构由两组相互垂直的（００１）和（２１０）位错墙组成。其形成不仅与外加应变幅有关,而且取决于晶体中开动的滑移系统,与一组互相垂直的Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量的位错密切相关。     

含晶界孔洞粗晶工业纯铁的循环变形及损伤特征

为了更好地了解体心立方(bcc)结构金属的循环变形机制,在恒总应变幅控制的条件下研究了含晶界孔洞粗晶工业纯铁的疲劳变形特征.结果表明,含晶界孔洞的粗晶工业纯铁在不同总应变幅"εt/2下均发生不同程度的循环硬化现象,无循环饱和阶段出现.疲劳寿命与塑性应变幅的关系基本符合Coffin-Manson法则.循环变形的表面变形特征与外加总应变幅具有一定的相关性:随着总应变幅的增加,滑移变形及其导致的挤出侵入现象更为严重,滑移开裂更趋显著;越来越多的原来位于晶界上的微观孔洞发生扭曲变形、聚合、长大而产生裂纹,甚至导致沿晶开裂.在相对较高的总应变幅下,在表面还观察到了滑移扭折现象以及沿晶裂纹扩展进入晶粒内部的现象.在低应变幅"εt/2=1.0×10-3下循环变形后发现了类驻留滑移带(PSB)楼梯位错结构,随着应变幅的增加,位错胞结构发展成为主要结构特征,其平均尺寸逐渐减小.     

拉应力作用下晶界位错运动过程的晶体相场模拟

【目的】研究晶界位错在受到拉应变作用下的运动规律。【方法】采用晶体相场(Phase-field-crystal,PFC)方法研究拉应力作用下位错的动态演化过程,分析演化过程体系自由能。【结果】改变拉应力的施加方向,沿x轴施加拉应力时,位错运动呈现"左上右下"运动趋势,沿y轴施加拉应力时,位错运动呈现"左下右上"运动趋势。改变拉应力的施加方向对位错的运动及自由能曲线产生明显的影响。最终位错都运动到液相区,模拟区域成完整单晶。【结论】拉应变施加导致位错运动,体系能量上升,在方向不同的正应力的作用下,位错运动方式不同,体系原子之间跟随着外力场的作用作耦合运动,实现施加拉应变的物理效果。     

晶体相场模拟取向角对晶界湮没过程的影响

【目的】研究大角晶界的位错运动和相互作用,揭示晶界发射位错的内在原因。【方法】采用晶体相场模型模拟不同取向角的晶界位错湮没过程。【结果】晶界湮没有如下主要过程:开始时位错沿晶界攀移,随后晶界发生位错发射,位错运动方式由攀移转化为滑移;位错滑移穿过晶粒内部,在到达对面晶界处发生湮没;其余的晶界位错仍作攀移运动,再次出现晶界发射位错;滑移位错与其它位错在晶内相遇发生湮没。【结论】位错在晶界处湮没,自由能曲线的谷较浅,而在晶粒内部湮没,能量曲线的谷较深;晶界攀移的位错越多,能量曲线的峰越高。