非线性滞弹性研究的开拓和进展(Ⅱ)

继续前文关于点缺陷在位错芯区内的纵向扩散所引起的非线性反常内耗峰的理论分析,报道了用直接求解运动方程的程序来处理关于点缺陷在位错芯区内的横向扩散的问题.另外,对于新近发现的晶界与邻域位错的交互作用所引起的非线性反常内耗峰进行了物理过程分析.     

室温附近的低频非线性滞弹性内耗峰的理论

尝试用低频近似法建立点缺陷与弯结之间的一个简单的交互作用模型,从而至少能够半定量地论证位错与可动点缺陷之间的交互作用怎样能够引起具有反常振幅效应的滞弹性内耗峰。所得的理论结果与在Ａｌ－Ｍｇ和Ａｌ－Ｃｕ在室温附近所观测到的内耗现象例如Ｐ１’峰的结果相合。已经认定Ｐ１’峰与溶质原子在位错芯区内的横向扩散（ＴＣＤ）有关。     

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.     

位错管道纵向和横向扩散所引起的非线性内耗峰

若干年以来，我们对于出现在Ａｌ－Ｃｕ和Ａｌ－Ｍｇ系中的表现正常和反常振幅效应的坐落在室温附近的温度内耗峰进行了系统研究。测得的激活能接近于溶质原子在位错管道中扩散的激活能，从而认为内耗峰的基本过程是溶质原子在位错芯内的扩散，并且提出了位错弯结模型，在７０年代，Ｓｃｈｉｌｐｆ等根据弦模型对于位错芯内的扩散进行了理论计算，推导出有可能出现两种类型的内耗峰（纵向和横向扩散）还描述了它们的非线性表观以及内     

NiAl位错核心结构的模拟

利用ＥＡＭ势函数对ＮｉＡｌ中〈１００〉，〈１１０〉刃位错和〈１００〉螺位错的位错核心结构及〈１００〉刃位错与点缺陷的交互作用进行了模拟研究．结果表明：〈１００〉刃位错在（００１）面沿［１１０］和［１１０］方向扩展，呈“蝶形”结构；而〈１００〉刃位错在｛１１０｝滑移面上位错核心结构更为紧凑，位错扩展现象不明显．这和试验中观察到的ＮｉＡｌ中位错进行〈１００〉｛１１０｝滑移，而非〈１００〉｛００１｝滑移的结果相一致．〈１１０〉位错在（００１）面沿［１１０］和［１１０］方向也有所扩展，但同〈００１〉位错相比，沿［１１０］方向位错核心扩展的宽度更大，由位错应力场导致的原子位移也更明显．通过模拟还发现〈１００〉螺位错、〈１００〉刃位错、〈１１０〉刃位错在滑移面内均无位错的分解现象．〈１００〉刃位错和点缺陷的交互作用模拟结果表明：在位错核心附近引入点缺陷列对位错核心结构的轮廓影响不明显，说明难以通过引入点缺陷，局部改变有序度的方法来影响位错核心结构     

热作模具钢淬火回火态的内耗谱分析

对热作模具钢淬火后回火态试样的内耗谱进行了分析.研究表明，淬火态试样的内耗谱由3部分构成.其中：157.2 °C处的内耗峰是由于体心立方结构的马氏体晶格畸变引起应力感生碳原子微扩散的结果；225.5 °C处为溶质原子与位错交互作用产生的SKK峰及其背景内耗峰.随着回火温度升高，SKK峰的弛豫强度逐渐减小，此时，碳原子与部分合金元素以碳化物形式结合而从基体中析出，使得其晶格畸变减弱，157.2 °C处的内耗峰消失；部分碳化物在位错处形核并使位错段增长、弛豫时间增大；内耗峰位置的移动主要归因于合金元素与碳原子的作用.     

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.     

热弹性马氏体相变内耗峰的研究

采用不完全相变内耗测量法,研究了CuAlNiMnTi多晶合金在热弹性马氏体相变时内耗峰与外界变量的依赖关系;实验结果发现,测量频率较低时,内耗峰分解成双峰,随不完全相变温度ts的降低,双峰逐渐合并;高温内耗峰呈现出明显的反常振幅效应。     

再论铁磁合金中的局部内应力问题

针对铁磁合金阻尼性能实验中出现的“瑞利现象”和“左移现象”[4～ 8] ,对溶质原子局部内应力源模型 [1] 作了改进 ,提出了位错与溶质原子交互作用局部内应力源模型 ,并通过测定Fe- Cr- Al和 Fe- Cr- Al- Si合金的矫顽力及晶格参数对合金的局部内应力进行了讨论 .结果指出 :只有施行充分的再结晶退火以充分降低合金的内应力 ,才能使铁磁合金的阻尼性能得到充分发挥 ;在不降低磁畴壁能密度 [14 ]的前提下 ,只有选择那些引起晶格畸变尽量小的原子作为合金元素才能有效地提高合金的阻尼性能     

金属和合金中的动态应变时效现象

动态应变时效现象是在金属和合金中 ,移动着的溶质原子和运动中的位错发生交互作用时所出现的一种强化现象 .这种交互作用 ,将产生一系列的强化效应 ,使金属和合金在外加载荷作用下所表现出的力学行为发生巨大的变化 .所有这些效应 ,都将在常用的重要工业合金 (如钢、铝合金、铜合金 )最常使用的温度范围内出现 .研究动态应变时效 ,不仅有助于加深对诸如金属中位错的交互作用规律、塑性和强化的微观过程与机理等的理解 ,而且也能帮助我们更好地控制那些常用工业合金的机械性能 .本文结合多年来在这方面所做的系统研究工作 ,总结了动态应变时效现象的一般规律和已有的理论 ,并着重介绍作者参与建立的一种模型及其实验结果 ;还重点介绍了一些常用工业合金中动态应变时效现象的特点及其对机械性能的影响     

热弹性马氏体相变弛豫特性的研究

文章研究了Cu-Al-Ni-Mn-Ti合金热弹性马氏体相变的弛豫特性.实验结果表明,母相的本征内耗随振动频率的降低而衰减,在某一临界频率下出现内耗峰.随着等温测量温度的降低,内耗峰的峰高增加,峰位降低,这说明马氏体相变前母相内部已经发生了预相变,该弛豫应归结为滞弹性弛豫.当升温速率为0.25～3.80℃/min时,滞弹...     

用时效对内耗和模量亏损的影响研究钼中位错的钉扎效应

用压电石英三节组合振子内耗及模量虧损测量装置测量低温时效(180℃—270℃)对微冷加工的区熔提纯钼单晶(f-88 kc/s)的内耗——应变振幅曲线及模量虧损——应变振幅曲线的影响。随着时效时间的增长,两曲线都逐渐降低,其变化符合GL的位错钉扎内耗理论及Cottrell和Bilby的t~(2/3)时效关系。由振幅无关内耗及模量虧损和振幅有关内耗及模量虧损分别求得引起时效的点缺陷的扩散激活能为1.1ev,1.15ev,1.15ev,1.0ev。对另一个微冷加工的区熔提纯钼单晶(f=102 kc/s)的测量,和前文一样测得内耗——应变振幅曲线在大振幅处有转折平台,並发现内耗的时效分两个阶段进行,在130℃—170℃时效,转折平台逐渐下降至消失,内耗曲线趋於变为稳定的具有一振幅无关部分和一随振幅单调上升部分的形状,为了使内耗曲线进一步变化,必须在300℃以上继续时效。对於第Ⅰ阶段从转折平台高度的变化求得对应的扩散激活能为1.0ev,对於第Ⅱ阶段从大振幅处直线的斜率的变化求得对应的扩散激活能为1.3ev。由於两个阶段的扩散激活能不同,可以认为两个温度范围的时效是两种不同的点缺陷所引起,本文並对时效过程中转折平台的逐步变化作了统一的说明。     

振动时效机理的研究

以透射电镜观测实验为基础，用位错。内耗理论解释了振动时效降低和调整残余应力（ＶＳＲ）的机理，揭示了振动时效效果与金属材料中位错组态与位错密度变化的内在联系，给出了一种较完整的振动时效机理理论。     

溶质原子在位错芯区内扩散所引起的非线性滞…

应用但错弯结气团模型，通过求解在准静态外力作用下溶质原子的横向漂移和纵向漂移的扩散方程，得出了这种扩散过程所对应的滞弹性蠕变的驰豫强度和弛豫时间，它们和外力的关系是非线性的。进而求出了交变应力下的内耗和模量亏损的近似解析式。     

La2Cu1-xZnxO4+δ低频内耗研究

对La2Cu1-xZnxO4+δ(0≤x≤0.2)系列样品的低频内耗和模量进行了研究.发现0≤x≤0.005时样品在低温存在两个弛豫内耗峰,分别是由样品中两种状态的额外氧跳跃弛豫引起的;当0.05≤x≤0.2时样品只存在一个内耗峰,该内耗峰可归于由共价氧对的额外氧跳跃引起,其峰位随掺杂量的增加向高温移动.不同掺杂量样品的模量曲线揭示高温处的模量反常对应着体系的正交-四方结构转变;此相变发生的温度随掺杂量的增加向高温移动.     

CuZnAl形状记忆合金平衡状态内耗分析

用真空葛氏摆研究了ＣｕＺｎＡｌ形状记忆合金平衡状态下的内耗。在室温至５００℃ 温度范围内，观测到两个弛豫型内耗峰，峰温分别为２４０℃和３４０℃（Ｊ≈１，７Ｈｚ）． 通过改变频率测得２４０℃峰的弛豫激活能为１１３ｋＪ／ｍｏｌ，３４５℃峰的弛豫激活能 为１７６ｋＪ／ｍｏｌ．计算了两个峰的τ０值，确定３４５℃峰为α相中Ｚｅｎｅｒ弛豫 峰，２４０℃峰则是由β有序相内反向畴界处某种点缺陷运动所产生。     

新型锂离子导体Li5.3La2.7Ba0.3Ta2O12的内耗研究

采用低频内耗仪强迫振动方法测量了锂离子导体Li5.3La2.7Ba0.3Ta2O12在升温过程中的内耗并结合晶体结构分析其形成机制。结果表明:在Li5.3La2.7Ba0.3Ta2O12中出现了两个明显的内耗峰,其弛豫元之间存在相互作用,由德拜模型拟合得到锂离子扩散的激活能和指前因子分别为1.1—1.2 eV和10-18—10-21 s;利用耦合模型对其处理得到锂离子弛豫参数分别为0.54—0.57 eV和10-16—10-15 s,后者和点缺陷扩散的指前因子的范围10-14-10-13 s更为接近,可见耦合模型对Li5.3 La2.7Ba0.3Ta2O12锂离子导体中锂离子扩散的描述更为恰当。结合晶体结构的特征分析可得,这两个内耗峰源自于锂离子在八面体和四面体之间扩散或者八面体和八面体之间扩散。     

铝化钛的反常强化行为和电子结构

由计算的铝化钛ＴiAl三种平面缺陷能在价电子结构层次分析了ＴiAl的反常屈服强化行为（ＡＹＢ）。结果表明,ＴiAl的ＡＹＢ不可能是单一Ｋ－Ｗ位错交滑移钉扎机制独力所为,而是三种主位错交互作用引起的;孪生交割钉扎机制也有很大作用;其本质原因是温度直接影响键结构导致的强化与弱化综合作用的结果。     

F40级船板钢的应变时效行为

通过SEM、TEM和多功能内耗仪研究了F40级船板钢应变时效后的微观组织变化以及时效过程中的内耗行为. 结果表明:应变时效过程中,F40级船板钢宏观组织没有发生明显的变化,组织很稳定;在内耗-温度曲线上230℃时出现一个内耗峰,这是由于游离态的碳原子在此条件下钉扎位错和摆脱位错钉扎所导致;位错组态的变化及位错与碳原子相互作用的宏观效应表现为钢板应变时效后硬度上升,韧性下降,韧脆转变温度升高.     

利用Adomian分解方法求非线性反常次扩散方程近似解

对于反常次扩散的一个物理-数学逼近是基于一个包含分数阶导数的一般扩散方程．分数阶核方程已经证明在反常慢扩散（次扩散）情况下特别有用．但是，有效的求解非线性反常次扩散方程的方法仍然处于初期阶段．文中对非线性反常次扩散方程进行了研究，利用Adomian分解方法构造一个近似解，并给出一些数值例子来说明这个方法的有效性和简单性．