超高速碰撞下体心立方纯铁的变形孪晶

采用非火药驱动二级轻气炮技术将2017Al合金弹丸以3km/s速度撞击纯铁靶板,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了纯铁材料的微观组织演化.根据微观组织的不同特征可将纯铁靶板分为细晶区、高密度孪晶区和低密度孪晶区.在低密度孪晶区的主要变形方式为{112}面的孪晶,而高密度孪晶区主要变形方式为{112}面的孪晶和{110}、{112}及{123}面的位错之间的交互作用.超高速碰撞下孪晶形成机制与普通变形条件下没有区别,但是孪晶形貌区别较大,高密度位错聚集在孪晶界附近造成孪晶界面模糊;螺位错在孪晶界上分解导致沿着孪晶界发生弯曲和凹痕甚至孪晶的断裂.     

多晶体钛形变孪晶的电子显微分析

用透射电子显微镜(TEM)对密排六方多晶钛在拉伸变形中形成的孪晶进行了观察分析。并采用六方晶系孪晶面的变换矩阵对孪晶电子衍射花样进行了标定。结果表明，单个出现的凸透镜状粗大孪晶为(102)，平行排列的板状孪晶为(112)，孪晶内存在高密度位错。     

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。     

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP钢变形的微观组织特征

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对TWIP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析. 研究结果表明,热处理后的TWIP钢中存在60%的退火孪晶,变形后孪晶量减少为32%. 在拉伸过程中,具有退火孪晶的晶粒内部首先发生变形,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向. 变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度,因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制.     

轴向预应力对挤压AZ31镁合金自由端扭转力学性能的影响

大塑性变形通常发生在工业实际成形过程中。与单轴拉伸/压缩相比,扭转是研究大变形下力学行为的一种更有效的方法。然而,镁合金大应变扭转的力学响应对初始织构和孪晶很敏感。本文对挤压AZ31合金进行了拉伸和压缩实验,并采用保载和卸载两种方式获取轴向预应力,以引入位错和孪晶。随后,进行了扭转实验以明确孪晶和位错对后续变形响应的影响。在粘塑性自洽（VPSC）模型的基础上探讨了相应的显微组织和变形机制。模拟了实验观察的应力应变响应和极图。研究发现,孪晶对塑性变形的贡献较小,导致在纯扭转和预拉伸后扭转下,织构方向的变化很小。滑移/孪晶系统的活动和力学性能受到不同初始织构和滑移系启动条件的影响。此外,拉伸-扭转应力状态有利于减少织构强度。     

Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系TWIP钢加工硬化行为

研究了在不同应变量下Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系孪晶诱导塑性(TWIP)钢的力学性能以及微观组织,分析了TWIP效应在两种不同系列TWIP钢中发挥的作用,阐明了TWIP钢的强化机制.两种系列的TWIP钢都具有高加工硬化能力,但层错能较低的Fe-Mn-C系TWIP钢加工硬化能力更强.两种系列的TWIP钢加工硬化表现为多加工硬化指数行为,这是由多种强化机理在不同阶段起主导作用的结果.微观组织形态与加工硬化强度之间存在着较强的关联性.位错的增殖和形变孪晶的产生对两个系列TWIP钢硬化曲线形态有着明显的影响.在高应变阶段,Fe-Mn-C系TWIP钢大量的第一位向形变孪晶T1和第二位向形变孪晶T2,以及附着在孪晶界旁的高密度位错区域是造成其具有高加工硬化能力的原因,而Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢细密的第一位向形变条纹和孪晶片层间的位错是其高加工硬化原因,且其微观组织更为均匀细致.     

脉冲能量对激光冲击0Cr18Ni9奥氏体不锈钢组织与性能的影响

使用高功率激光器在水约束条件下对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢进行了冲击试验,通过研究冲击加载下奥氏体的组织与性能变化特征,得出了下述主要结果:0Cr18Ni9奥氏体不锈钢在室温条件下通过不同激光功率的冲击,出现加工硬化现象,且功率越高,变形量越大,加工硬化也越明显.15 J能量和25 J能量冲击时,材料的微观组织以孪晶为主;42 J 能量冲击时,奥氏体出现相变特征,发生类马氏体相变.随着冲击功率的提高,孪晶逐渐细化,并在42 J能量下出现明显的孪晶与位错的交互作用,孪晶界上有大量的位错团塞积.     

Ni—Ti合金马氏体相变的位错模型

根据实验结果,建立了一个Ｎｉ－Ｔｉ合金马氏体相变的位错模型,认为该相变是以母相阵点到马氏体阵点的矢量ｂ１或ｂ２为Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量的相变位错在母相（１１０）ｐ面上交替地运动,形成一对对（００１）Ｍ孪晶,马氏体以形成孪晶对的形式生长,这样的马氏体具有最小的弹性应变能。利用此模型提出了马氏体的热弹性行为和形状记忆效应的物理机制。     

表面机械研磨316L不锈钢诱导表层纳米化

采用表面机械研磨处理方法在316L不锈钢上制备出纳米结构表层,用X射线衍射和透射电镜研究横截面组织结构的演变过程,通过测定表层到内部的硬度变化研究纳米化对硬度的影响·结果表明:经过60min表面机械研磨处理后,在距样品表面约100μm深度形成高密度位错;随着应变量和应变速率的增加,在距样品表面约50μm深度诱发了机械孪生,形成了片层状孪晶,并相互交割细化组织;最终在样品表面形成了厚度约为20μm的纳米层,表层显微组织由晶粒尺寸为10～30nm的双相组织(马氏体和奥氏体)组成·表面纳米化是通过位错 孪晶及孪晶 孪晶相互作用实现晶粒细化·表面纳米化后,表层硬度显著提高·     

钛铝合金中正常位错的特性

此研究探讨了钛铝合金中在没有超位错存在时的正常位错的特性。在少量塑性变形时,正常位错就发生缠结,正常位错对塑性变形贡献很少,大量的塑性变形主要靠孪晶过程,正因为如此,钛铝合金就容易产生脆性断裂。然而,γ钛铝合金中钛铝的原子百分数比却能改变位错的许多特性。     

高温动态拉伸下NG TiAl弹塑性行为的数值模拟

基于率相关的晶体塑性理论,发展了更为合理的同时考虑位错滑移和形变孪晶作用、并计及温度影响的TiAl单晶本构模型.在此基础上,建立了能够反映晶粒随机取向的多晶有限元模型,对不同温度(室温～840℃)不同拉伸应变率(0.001～1 350/s)下NG TiAl的弹塑性力学行为进行了模拟.结果显示,模拟得到的应力应变曲线与试验结果基本一致,能够比较好地模拟NG TiAl在不同温度和应变率下的材料响应.还考察了形变孪晶对塑性变形的影响,结果表明孪晶为NG TiAl重要的变形方式之一;动态条件下孪晶的体积分数增大,从而提高了NG TiAl的塑性变形;而温度对孪晶体积分数演化的影响不明显.     

电脉冲对冷轧ZK60镁合金组织及性能的影响

研究了电脉冲处理对冷轧ZK60镁合金组织和性能的影响。研究发现,电脉冲处理能提高位错移动能力,促进再结晶过程的进行,实现细晶强化。晶粒平均尺寸从均匀化处理后的110μm降至13μm左右,抗拉强度从182MPa提高至265MPa,延伸率从7.6%提高到18.1%。较高的变形量和适宜的电脉冲参数有利于再结晶过程;不同类型的孪晶在电脉冲处理过程中表现不同,拉伸孪晶被保留下来,而压缩孪晶易于再结晶。     

高锰钢形变过程中加工硬化机理的研究

采用Gleeble-3500试验机对ZGMn13Cr2高锰钢进行0.1s-1应变速率下的室温压缩实验,应变量分别为5%,30%和50%.利用金相显微镜、维氏显微硬度机、XRD和TEM等方法,研究了压缩变形量对ZGMn13Cr2显微组织衍变及加工硬化机制的影响.结果表明:高锰钢压缩变形后晶粒内出现大量变形带,变形带相互交叉、缠结、割截.压缩变形量为5%时,高密度位错相互缠结呈位错胞或者位错墙,压缩变形量为30%时,基体内出现形变孪晶,随着变形量的进一步增大,孪晶的密度和体积分数增大,水韧态高锰钢在压缩变形量为50%的条件下,其显微硬度与初始态相比提高了125%,达到HV560.8.XRD结果显示,压缩变形后基体组织为奥氏体和少量的碳化物,未发现相变诱发马氏体组织.随着变形量的增大,高锰钢加工硬化机理由位错强化机制向形变孪晶强化为主、位错+少量层错强化机制为辅的机制转变.     

压痕诱发GaAs单晶中的位错组态

利用透射电子显微镜对压痕诱发GaAs中的位错组态进行了研究.结果表明,压痕周围产生了玫瑰型不对称的位错组态和二次对称分布的孪晶结构.这种位错组态是由晶体中六个滑移面上的形核、运动及相互作用而成.它们与材料中不同运动速度的α、β位错密切相关.     

30Mn20Al3无磁钢加工硬化行为和组织变化

研究了30Mn20Al3无磁钢冷轧板经1 000和800℃固溶处理10 min后的拉伸变形加工硬化行为和组织结构变化.结果表明:该钢的加工硬化速率在不同变形阶段随真应变的变化呈现不同的规律,加工硬化指数随真应变增加而增加.OM和TEM观察显示,变形量小时,滑移为主要变形机制;变形量增大,变形机制以形变孪晶与位错及形变孪晶之间的交互作用为主;1 000℃固溶处理的晶粒尺寸较800℃大,变形过程中产生的形变孪晶较多,且随着变形量增加,形变孪晶可持续形成,增大了TWIP效应;晶粒尺寸减小使变形过程中的形变孪晶产生的临界应力增大,抑制形变孪晶的产生,从而减小了TWIP效应.     

金属脆断应力的Hall-Petch关系

本文把多晶体材料中的滑移带和形变孪晶带当做片状夹架,采用位错连续分布方法,导出了脆性开裂的一些重要结果。根据这些结果即可得到脆断应力的Hall—Petch关系.我们进一步讨论了裂纹位错分布的一些特征,以及应力强度因子中F的变化行为,并做出了F_(mi)—αf曲线.将结果应用于计算孪晶和滑移脆断的Hall—Petch关系,理论值与实验结果比较满意地符合。     

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.     

激波对金属,合金的作用与影响

激波作用于金属，合金，金属，合金产生诸如点缺陷，位错，热点，割阶，偶极位错，孪晶间裂缝等微结构，致使金属，合金性能发生变化，甚至发生相变。本文就此进行系统总结，并结合我们的非晶激波晶化工作，展望激波材料研究的前景。     

超高碳钢马氏体相变及超细晶粒对亚结构的影响

为了深入揭示淬火超高碳钢的马氏体亚结构及其产生的原因,通过对含碳量为1 4%(质量分数)的超高碳钢进行超细球化处理,获得了铁素体基体上分布超细碳化物的组织,并在此基础上进行了淬火处理.透射电子显微镜组织观测分析表明:奥氏体晶粒尺寸平均为2μm左右,淬火组织中存在大量板条马氏体,亚结构中含有大量位错与孪晶.通过计算证实,在马氏体亚结构形成过程中,随晶粒尺寸减小,孪晶切应力比滑移切应力升高得快,导致滑移成为变形的主要机制,位错大量增加.     

ZK60镁合金的室温静液挤压强化

对室温静液挤压ZK60变形镁合金的组织、力学性能进行研究。研究结果表明：室温静液挤压后镁合金的表面质量良好：由于加工硬化的作用,镁合金抗拉强度、屈服强度和硬度分别提高20％,60％和54％;变形过程发生了孪生动态再结晶,孪晶和二次孪晶的产生可以阻碍裂纹扩展,镁在基面滑移与孪生的交互作用下形成微晶和孪晶位错;室温静液挤压的镁合金具有良好的金属流动性,应力分布状况亦有利于变形：采用室温静液挤压,可实现镁合金室温下大变形量的形变,是强化镁合金的有效途径之一。