高纯铝在范性形变过程中内耗对频率和速率的响应行为

考虑了位错平均速度V=f(σ)随时间或应变的变化之后,导出了金属在范性形变过程中内耗Q～~(-1)与位错动力学关系式V=f(σ),形变速率ε、测量频率ω、测量振幅σ_A 以及切变模量G 等的关系为(?)此处(?)t、(?)p 分别为扭切应力和拉伸应力的平均取向因子,Г(n)为取正值的积分常数,m 为除0,-1以外的整数。可见,形变过程内耗可能出现正比于(ε/ω)~(2/3)、((?)/ω)~(1/2)、((?)/ω)以及((?)/ω)~2等各种对于ω和(?)的响应行为。而且出现随测量振幅σ_A增大而减小的反常振幅效应内耗。高纯铝在拉伸速率(?)=50×10~(-6)/秒时,形变过程内耗Q~(-1)的实验数据与上式中n=-2时的结果符合得很好.此时的内耗可表示为Q~(-1)=0.245(G/σ_A)β_(-2)((?)/ω)~(1/2)/(V_0~′+β_(-2)ε~(-(1/2)).亦即Q~(-1)正比于((?)/ω)~(1/2).还观测到随着σ_A 的增加而减小的反常振幅效应内耗.高纯铝在恒速拉伸时,当ε>0.5%后,位错的平均速度(?)_0。与形变量ε间的关系可表示为(?)_0=V_0~′+βε~(-(1/2));而运动位错的密度ρ可表示为ρ=(?)/ab(V_0~~′+βε~(-(1/2)).     

微小形变后锌中位错的直接观察

对于范性形变过程中位错的分布,运动,增殖,互作用等一系列重要的问题的实验观察,过去人们把注意力集中在电子显微镜的衍衬方法上。近年来,比较古老的化学腐蚀方法又受人重视起来了。吉尔曼在LiF中所进行的系统的工作,给用化学腐蚀方法观察范性形变过程中位错的行为打开了一个广阔的前景。近两三年来,对Cu范性形变后位错的观察又使人进一步相信,在位错密度较离子晶体高的金属中,同样可用化学腐蚀方法对范性形变过程中位错行为进行直接观察,而且,所获得的资料有时用其它方法还不可能得到。我们探索用化学腐蚀方法观察形变后锌中的位错,目前我们已在微小形变后锌中获得一些结果,介绍于下。     

纯铜在范性形变过程中的内耗对频率和速率的响应行为

在改装了的拉力试验机上测量了电解纯铜(99.98％Cu)在范性形变过程中的内耗。研究了拉伸速率ε、测量频率ω以及变形量ε等对内耗Q~(-1)的影响.所得内耗Q~(-1)随ε及ω~(-1)的增加而增加。除定频(f=2.02Hz)变速(ε=1.08×10~(-6)—37.6×10~(-6)/sec)过程的内耗与ε没有线性关系之外,定速(ε=9.04×10~(-6)/sec)变频(f=0.49-4.16Hz)过程的内耗与ω~(-1)或ω~(-1/2)亦不呈线性关系。但定速变频过程的内耗数据可分解为ω~(-1)及ω~(-1/2)两个过程的迭加由Q_1~(-1)-ω~(-1)及Q_2~(-1)-ω~(-1/2)关系计算出的Q_1~(-1)-ε曲线和Q_2~(-1)-ε~(1/2)曲线迭加后,得到的Q~(-1)-ε计算曲线与实验曲线符合得颇好。因此,纯铜在范性形变过程中的内耗可写为Q~(-1)=A_1(ε/ω)+A_2(ε/ω)~(1/2)。讨论了位错平均运动速度随时间的变化规律对形变过程内耗的影响,由实验数据计算出形变过程中位错平均运动速度V_0与形变量ε间的关系为V_0=V~*(10~3+ε~(-1/2)).     

弹塑性金属位错系统的热力学不可逆过程理论与位错应力激活运动

本文由不可逆过程热力学第一二定律理解和计算位错应力激活速率,所得位错速率v中有三个新的方面:(1)反映相互作用的活度系数γ,γ~≠;(2)与激活自由能(?)平列的“激活内耗”,△~≠;和(3)可能把位错动力学和塑性学增量理论连接起来的“激活畸变增量”,(?)与畸变功: (?) v_0——位错体积; S_(jk),e_(jk)——徧应力应变;本文的理论方法与结果可为深入研究提供参考。     

含宏观石墨颗粒材料界面位错形态及内耗特征的研究

利用渗流技术在工业纯铝中引入宏观尺度的石墨颗粒,研究该宏观缺陷界面附近的微观缺陷(位错)形态及对材料内耗的影响.结果表明,在连续升温测量过程中,大约在260℃附近观察到了一个内耗峰,其峰位与频率无关,峰高与测量频率的倒数和升温速率近似成直线关系,且表现出正常振幅效应.而在没有宏观石墨颗粒增强的工业纯铝样品中无峰出现.通过透射电子显微镜(TEM)观察,发现在石墨颗粒/基体界面附近存在高密度位错.根据内耗实验结果和微观结构特征的观察,认为该内耗峰的机制与基体和增强物之间因热膨胀系数的不同而诱发的高密度位错以及位错在外加应力作用下的运动有关.     

二氧化锆陶瓷增韧的位错模型

建立了二氧化锆相变增韧的位错模型.在此模型的基础上,计算了裂纹扩展力和断裂韧性,并将裂纹前缘及两侧的相变粒子对韧性的贡献作了比较,同时从位错的角度出发解释了二氧化锆相变的尺寸效应。通过结果分析得出了相变时的范性形变对增韧有贡献等较有意义的结论。     

与位错和点缺陷交互作用有关的非线性滞弹性内耗的研究

综述非线性滞弹性内耗的主要实验规律和物理模型.结合中国科学院固体物理研究所内耗与固体缺陷开放研究实验室对Al-Mg合金中出现在室温附近的非线性滞弹性内耗峰的理论和实验研究结果,对产生这些内耗峰的微观机制进行了较深入的阐述.结果表明,其微观过程是点缺陷(溶质原子)在位错拖曳下在位错芯区内的扩散过程.由于位错拖曳溶质原子的力与外加应力是非线性的,所以导致了非线性内耗峰的出现.分子动力学模拟计算所得到的溶质原子在位错芯区的扩散激活能与内耗峰的激活能一致.这些结果使我们对非线性滞弹性内耗峰产生的微观机理有了比较全面的理解.     

磁致塑性的位错机理

采用佩尔斯-纳巴罗的部分离散位错模型,计算了磁场中直刃型位错的错排能,推导出在静磁场中位错滑移所需克服晶体点阵阻力的最大值--佩-纳力,给出了佩-纳力与磁场强度、材料性质间的关系.结果表明:若材料中的位错具有顺磁性,佩-纳力的值比无磁场时的值减少,位错更容易运动,材料塑性增强.该结论与已有的磁塑效应实验中观察到的现象一致.当磁场为0时,所得佩-纳力的值可退化为已知的原佩-纳力.     

塑性变形中的位错动力学研究

文章采用三维离散位错动力学方法对不同外力和温度条件下的位错运动行为进行了研究,分析了位错数目及平均速度随变形的演化.模型中考虑了位错间的弹性作用力以及位错克服晶格阻力的滑移过程,并对位错的增殖和湮灭机制进行了适当简化.结果表明,在增殖和湮灭机制的联合作用下,位错密度及速度均处于波动状态;总体上来说,位错速度随着外力和温...     

18Ni马氏体时效钢内耗的研究

用倒扭摆法测试了18 Ni马氏体时效钢的低频内耗.发现在降温中于165℃附近出现正马氏体相变内耗峯.在升温中于700℃附近出现反马氏体相变内耗峯.内耗峯的高度与T/f(T—温度变化速率,f—振动频率)成线性关系,恒温测量时,相变内耗降为背景值.还观察到相变过程中,切变模量发生软化.我们认为这个内耗是由外加切应力促进或加速接近临界的马氏体胚芽的界面位错滑移所引起.     

Zn-22%Al合金电致塑性效应中位错激活的动力学分析

对Zn-22%Al合金进行超塑变形时,同时施以高密度脉冲电流,合金的延伸率和应变速率敏感性指数均得以提高.主要变形是晶内变形和晶界变形共同的结果,并发生动态回复和动态再结晶.讨论了位错运动的动力学,认为塑性变形是位错激活的结果.位错运动前的瞬间,位错所受的电子风力是最大的,对于运动的位错实际所受电子风力大小,由于多个因素对电子风力不同程度的影响,只能是半定量的计算.     

Si晶体中60°位错与空位缺陷相互作用的分子动力学研究

为了研究晶格常数不匹配的异质结结构(Si1-xGex/Si)在生长过程中低温缓冲层内的位错运动特性,在Si晶体中建立了60°位错偶极子,以及相对于位错不同空间位置的5种六边形环状空位缺陷模型.基于分子动力学理论,并通过Parrinello-Rahman方法施加剪应力使位错运动,研究了不同空间位置空位缺陷对于60°位错运动的影响,发现各种类型的空位缺陷均会阻碍位错运动,导致位错线弯曲,而位错远离空位缺陷的部分在交会过程中出现了先加速、后减速的现象.模拟结果表明:使位错不被钉扎住的临界外加剪应力随着温度的上升而减小,在上述模型中当温度达到300K以上就稳定于0.6 GPa附近,小于SiGe体系中的失配应力,说明空位缺陷不会成为60°位错的钉扎点,仅会对其运动产生迟滞.     

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...     

400℃退火对ECAP形变Q235钢的强度和位错强化的影响

将经过淬火预处理和等通道转角挤压加工(ECAP)的Q235钢进行400℃退火.采用拉伸试验、X射线衍射(XRD)分析及描述强度-位错密度关系的Taylor公式,研究400℃退火对ECAP形变低碳钢的强度和位错强化的影响.拉伸试验表明:400℃退火使ECAP形变Q235钢强度降低,屈服强度从825 MPa下降到725 MPa,加工硬化能力和塑性显著提高.基于XRD分析和Taylor公式的定量计算说明,400℃退火对ECAP形变Q235钢的位错强化影响很小,实际强度的降低不是来自于位错强化的降低,而是来自于其他强化机制(晶界、亚晶界等)的降低.     

金属镁非共面位错相互作用强度的位错动力学模拟

采用位错动力学方法模拟金属镁在塑性变形过程中的基面、柱面及一阶锥面位错非共面相互作用,利用扩展Taylor硬化方程计算潜硬化系数,探讨位错相互作用强度及其影响因素。研究结果表明,位错相互作用强度随滑移机制以及主滑移系与林滑移系的交换而变化,表现出显著的各向异性和非对称性。共线基面/柱面相互作用最强,非共线柱面/基面相互作用最弱,相应的潜硬化系数分别为0.43和0.11。共线相互作用下主位错长度由于位错湮灭明显比非共线相互作用下的小,非共线作用下则形成大量位错交结或交叉态位错。虽然共线相互作用总体上略强于非共线作用,但特定主位错-林位错相互作用对的共线与非共线作用相对强弱随非共线作用下形成的交结性质而变化。当非共线相互作用形成固着交结或交叉态时,非共线作用强度高于共线作用强度,而当形成的交结为可动交结时则弱于共线作用强度。充分考虑位错可动性及摩擦阻力的差异是有效预测位错相互作用强度及其各向异性的重要前提。     

带有马氏体渗碳体层的Fe-Nb合金中温内耗

通过对A_1点以下温度的氢-苯混合气流处理,使研究的Fe-Nb合金丝试样渗入0.5%C.淬火样品的金相观测表明,～40μm厚的样品表面渗碳层为马氏体,渗碳层下部为α-Fe相.用NHI-12型真空K(?)氏摆测量淬火试样的室温内耗和淬火-变形试样的室温-中温内耗发现:淬火样品有一高度达1×10~(-2)的45℃附近峰;而在变形样里则代之出现峰更高(1.7～2.0×10~(-2))的45～60℃内耗峰,还出现两个小内耗峰,即～300℃峰和～235℃峰.分析可知,它们分别是在实验(试样存在很强的宏观组织应力)条件下,马氏体bct晶格中C原子扩散运动峰、亚稳碳化物溶解过程SKK峰和变形α-Fe相的SK...     

ZrC/奥氏体相界面形变诱导相变动力学

研究热模拟单向压缩条件下含ZrC粒子的低碳锰(铌)钢在形变诱导相变过程中的铁素体转变动力学关系。研究结果表明:添加ZrC粒子使试验用钢奥氏体晶界的形核率明显增加,影响形变诱导铁素体的形态、分布及晶粒细化效果;高温变形时由于形变诱导的作用,铁素体转变量随应变的增大不断增加,而铁素体晶粒的细化主要是由于动态再结晶的作用,试验用钢在形变诱导相变的变形温度TAe3～TAr3之间的低温区进行变形(TAe3为形变诱导相变的开始温度,TAr3为形变诱导相变的终止温度),可以加速铁素体形核;同时,一定粒径和体积分数(0.6%)的ZrC粒子作为形变和再结晶核心,不仅阻碍位错的运动,而且造成位错密度增大,因而提高α-Fe形核率。在温度为900℃、应变速率为1s-1的条件下,试验用钢获得超细组织对应的ZrC粒子临界体积分数为0.6%。     

条状晶位错运动的晶体相场模拟

【目的】研究条状晶内不同矢量位错相互作用的情况,以揭示其运动和能量变化规律。【方法】采用晶体相场(PFC)模型,模拟4块取向差较小的条状晶所形成的4条亚晶界在应力作用下的湮没机制,并从位错运动和能量变化角度分析该机制。4条亚晶界中,2条是对称倾侧亚晶界,2条为非对称倾侧亚晶界结构。【结果】取向差较小的条状晶所形成的晶界为亚晶界,亚晶界上双位错组的数量由相邻两晶粒的取向差的大小决定;而在应力作用下,亚晶界的湮没过程主要有3个阶段:位错攀移及体系能量升高的第1阶段,位错分离及体系能量下降的第2阶段,位错相互作用及体系能量波动升高的第3阶段;由于存在非对称倾侧亚晶界,整个湮没过程比对称倾侧亚晶界的湮没过程较复杂一些。【结论】位错的相互作用存在4种情况:两位错相向运动,当位错矢量方向完全相反且在同一直线上时,相遇后发生湮没;位错相向运动,但运动方向不在一条直线上且距离较近,则可以相互吸引,最后依然可以湮没;如果运动方向不在一条直线上且距离较远,则无法相互吸引,它们只会朝着各自的运动方向继续运动;如果运动方向在一条直线上,但是位错方向不完全相同,它们相遇后不会湮没,而是组合形成一个复合位错。     

Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP(Environment-Dependent Interatomic Potential)势函数的分子动力学模拟,得到了左弯结-重构缺陷(LC)和右弯结-重构缺陷(RC)在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程,同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线.通过NEB(Nudged Elastic Band)方法结合紧束缚势函数,计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒,验证了分子动力学结果的正确性.计算结果表明,含有重构缺陷(RD)的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度,验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论,并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析,从微观尺度上对这一结论进行了解释.     

钢铁材料中刃位错与溶质原子的交互作用

通过计算机编程建立了钢铁中铁素体相中的1/2[1 1 1]刃位错的原子结构模型,用实空间的连分数方法计算了碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的总结构能和环境敏感镶嵌能,讨论了碳、氮及合金元素在位错区的偏聚及交互作用.计算结果表明:轻杂质C,N易偏聚于位错芯处;强、中碳化物形成元素(Ti,V,Nb,Cr)易偏聚于刃位错线上,非碳化物形成元素Ni偏聚于位错线下方的弹性扩张区;轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚,当温度下降使得C,N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时,钢铁中刃位错区将有C,N金属间化合物脱溶,这些化合物会阻碍位错的运动,起到第二相粒子的强化作用.