Cu_(50)Ni_(50)合金凝固过程中的空位捕获

通过分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟,研究了Cu_(50)Ni_(50)合金在不同温度下凝固及其退火过程的空位捕获.结果发现:凝固过程中的空位捕获效应,即被捕获空位浓度的过饱和现象非常明显;随着凝固温度的降低,空位浓度显著上升,与平衡浓度随温度的变化规律正好相反;Cu_(50)Ni_(50)存在一个特征温度T∗,在T>T∗浅过冷温度下,凝固速度随着凝固温度的降低快速增加,在T<T∗深过冷温度下,凝固速度随着凝固温度的降低缓慢下降,表明空位浓度并不是界面生长速度的单值函数;作为合金元素,Cu比Ni更倾向于形成空位原子(vacancy atom,VA).

温度对金属微互连结构界面微裂纹扩展连通过程的影响

采用晶体相场方法在纳米尺度下对金属微互连结构界面微裂纹扩展连通过程进行了研究。结果表明:随着温度的升高和演化时间的增加,微裂纹扩展过程中主裂纹长度增大,二次微裂纹数量增多,微裂纹呈“一字形”和“树枝状”生长,微裂纹扩展过程中的连通行为逐渐增多。初始缺口形貌为圆形的微裂纹在扩展过程中主裂纹长度和二次微裂纹出现的时间均比初始缺口形貌为矩形的慢。微裂纹扩展长度随着演化时间和温度的增加逐渐增大;微裂纹扩展速率随着温度的增加而增大,但随着演化时间的增加,呈先增加后减小趋势。温度并不改变原子波动周期,不同温度下微裂纹的扩展只取决于原子扩散速率,与原子间距无关。

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<100>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。

纳米孔洞发射位错的愈合机理研究

孔洞影响材料的使用寿命,因此孔洞愈合的机理研究有重要意义。本研究采用晶体相场(Phase Field Crystal,PFC)模型,研究纳米孔洞缺陷在单轴压应变作用下的微观愈合过程中位错发射的特征。结果表明,在压应变作用下,体系能量累积到某一临界值时,孔洞发生变形并长出凸口,在凸口处位错开始萌生。随着压应变的增加,凸口处位错开始发射,使得孔洞不断缩小,最终通过该方式实现孔洞愈合。上述结果表明,位错发射机制是纳米孔洞愈合的主要形式,对防止材料裂纹的扩展以及提高材料的寿命具有重要的理论意义。

不同过冷度条件下HCP-Mg凝固过程中的空位捕获

采用不同的分子动力学(molecular dynamics, MD)技术模拟了密排六方(hexagonal close-packed, HCP)金属Mg在深、中、浅过冷度条件下的凝固及退火过程,并利用新建的时间平均原子体积谱(time-averaged atomic volume spectrum, TAVS)方法对空位进行了标定分析.结果表明:凝固过程中的空位捕获效应非常明显,即过冷度越大,捕获空位的浓度就越高,且远高于对应的平衡空位浓度.同时发现, HCP-Mg在凝固过程中存在一定量的自间隙原子.这与对称性更高的面心立方(face-centered cubic, FCC)金属Al完全不同.此外,HCP-Mg的空位原子(vacancy atoms, VA)笼存在外扩位移,而不是目前普遍公认的金属空位原子的内缩位移.

α-Fe中氢与碳化物相互作用的第一性原理研究

为深入理解氢脆机制,通过广泛的第一性原理计算研究了α-Fe中碳化物(TiC、VC和NbC)内H的扩散和捕获。比较了不同界面(共格、半共格和非共格)处的H捕获行为,发现共格界面捕获H原子的能力最弱。最后,通过比较得出MC/Fe半共格界面处碳化物捕获H能力的大小顺序为NbC>TiC>VC。

二硫化钼表面氧化行为的研究——Ⅰ.不同化学计量比MoS_2表面氧化行为的研究

本文利用X-射线光电子能谱仪、X-射线衍射仪和电子显微镜对不同化学计量比的MoS_2表面氧化行为进行了研究。结果表明,完整的MoS_2(002)表面在350℃时的热稳定性能良好,即使在450℃下于短时间内也未发生明显的氧化,这与它有序的原子排列结构有关;然而一旦破碎就表现出与单晶表面不同的化学稳定性,甚至在室温就发生表面氧化;MoS_2(002)经60°倾角入射的Ar^+刻蚀微细化可使表面积增大,容易与空气中的氧反应生成稳定的钼的氧化物;天然MoS_2单晶的S、Mo原子比约为1.8∶1.0,经反复摩擦后S、Mo原子比发生了变化,生成非化学计量比的MoSx(x<1.8),Mo^(4+)向较低化学价态转变,致使MoSx的Mo原子有更多的悬空链,这是导致表面氧化失效的化学因素。

高温合金GH4169(Inconel 718)中磷晶界偏聚特性的实验研究

采用Auger电子能谱仪测量了镍基高温合金GH4169中磷(P)的晶界偏聚量.结果表明,经1020与1200℃固溶处理后在720℃时效2h的样品,P的晶界偏聚浓度分别是0.344%与0.412%(原子分数).晶界偏聚浓度随固溶处理温度的升高而升高.基于这一实验结果,确定了P在该合金中的非平衡晶界偏聚特性.

中碳钢过冷奥氏体形变过程中的组织演变

利用热模拟压缩变形实验研究了不同形变温度以及形变速率下中碳钢过冷奥氏体形变过程中的组织演变规律,探讨了中碳钢珠光体球化以及组织超细化的机理．结果表明:组织演变主要经历了动态铁素体相变、动态珠光体相变以及珠光体的球化3个阶段．为获得亚微米级别铁素体和颗粒状渗碳体弥散分布的复相组织,需要形变温度与形变速率的配合．形变过程中珠光体球化速率比等温球化退火快4个数量级,其原因是在形变过程中产生了高密度位错及大量空位等缺陷,为碳原子的扩散提供了高速率扩散通道,促进了碳原子的扩散．渗碳体粒子在铁索体基体上的弥散分布可用溶解－再析出机制解释．

深过冷Fe-B-Si共晶块体纳米材料的凝固组织特征

在大气中利用循环过热与熔融玻璃净化相结合的方法，使6－20gFe76B12Si12合金液获得了367K的大过冷度采用深过冷及深过冷加水淬的方法，成功地制备了样品直径为11mm，高为10mm组织中颗粒平均尺寸约为200nm的FeveB12Si12合金块体纳米材料研究结果表明；在ΔT＝367K再辉后自然冷却至室温及ΔT＝329K再辉后水淬条件下，凝固组织为在细化的Fe2B（Si）基体中分布30－400nm的α－Fe（Si）颗粒；在ΔT＝354K再辉过程中水淬条件下，凝固组织为在α－Fe（Si）基体中均匀分布30－350nm的Fe2B（Si）颗粒在所有条件下沿试样直径方向的组织均存在不均匀性，初始过冷度及冷却速度提高。

一种单晶镍基合金蠕变期间γ'相的定向粗化机制

对[001]取向单晶镍基合金恒载拉伸蠕变不同阶段的组织形貌进行了SEM，TEM观察和EDAX成分分析，研究了γ＇相定向粗化过程及机理结果表明：蠕变初期，两相邻γ＇相呈侧平面对接方式，沿垂直于应力轴方向定向生长为类似筛网的核状组织，外加应力使γ＇／γ界面共格应变减少，应变能降低，释放的能量是促使合金元素定向扩散形成筏状γ＇结构的驱动力．

低碳微量铌钢过冷奥氏体形变过程中的碳氮化物析出

利用透射电镜研究了低碳微量铌钢过冷奥氏体形变过程中的碳氮化物析出,运用Gla- dman晶粒粗化机制讨论了析出相颗粒的平均直径、体积分数和铁素体晶粒尺寸的关系.实验结果表明:实验用钢中的微量Nb在1200℃时完全固溶,并在760℃变形前的冷却过程中无Nb(CN)析出.在形变过程中Nb(CN)的析出同样需要孕育期,但与等温过程相比大大提前.当变形量积累到一定值(本实验条件下ε=0.69)时,大量动态析出的Nb(CN)颗粒弥散分布在晶界以及位错线上.Nb(CN)析出随着应变量的增加而增加,但颗粒长大不明显,计算得到的铁素体晶粒平均截径与实际测得的铁素体晶粒吻合得较好.

工艺参数对热冲压成型钢组织性能及硼偏聚的影响

通过Gleeble1500热/力模拟实验机对轧后含硼钢板进行了热冲压过程模拟,分析了各种热处理条件对含硼钢组织性能的影响,并采用X射线衍射技术和径迹照相技术分析了硼的偏聚和硼相析出情况。研究结果表明:提高加热温度或延长保温时间,可促进钢的奥氏体化和硼的偏聚。通过偏聚合适含量的硼,能够很好地起到提高淬透性作用,使材料得到全部马氏体组织。热冲压成型过程中的变形破碎了奥氏体组织,促进相变,更易获得细小的马氏体组织。当冷却速度不高时,钢中"硼相"会沿晶界连续析出,从而降低了硼钢的淬透性。

不同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变过程铁素体超细化

研究了低碳钢过冷奥氏体在760℃,形变速率为l s-1和10 s-1变形时组织演变规律.结果表明,形变速率为1 s-1时真应力-应变曲线双峰特征为形变强化相变和铁索体动态再结晶的表征,相变形核集中在铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区,晶粒长大在时间和空间上受到限制,细化能力较高;形变速率提高到10 s-1时,相变动力学提前,曲线只表现为形变强化相变的单峰特征,相变形核除了在上述铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区,还分布到奥氏体晶内各处,晶粒间约束有所减小,尺寸稍大.通过形变强化相变和铁素体动态再结晶可以获得平均晶粒尺寸为(1.98±1.07)μm和(2.33±1.01)μm(10 s-1)左右的微细铁素体晶粒.

低碳微量铌钢形变强化相变的组织演变

利用热模拟压缩变形实验研究了含Nb钢过冷奥氏体形变强化相变的组织演变规律,探讨了微量Nb对形变强化相变的影响,并对转变动力学和晶体取向进行了分析.结果表明,含Nb钢在A3-Ar3之间的形变过程中主要以形变强化相变为主.与低碳钢相比,含Nb钢形变强化相变的孕育期变长,完成相变所需的应变量也相应增加,使得其转变动力学曲线向高应变方向平移.含Nb钢的转变动力学曲线可划分成两个阶段,其中第一阶段固溶Nb阻碍铁素体相变,使孕育期推迟,而第二阶段形变过程中动态析出的Nb(C,N)既为铁素体相变提供了大量的形核位置,又钉扎铁索体晶界,阻碍铁索体晶粒的长大.在这种以形核为主的过程中出现了<111>和<001>两种织构的交替变化.

定向凝固NiAl-Cr(Mo)-Hf合金微观结构的电子显微学研究

利用TEM研究了走向凝固方法制备的NiAl－28Cr－5．5Mo－0．5Hf（原子分数，％下同）共晶合金的微观组织与结构，以了解其复相强韧化机及其晶合金呈典型的胞状结构，并由层片状Cr（Mo）相，NiAl基体，不连续网状分布的Heusler相Ni2AlHf组成．NiAl和Cr（Mo）相存在固定的立方－立方取向关系，并共同沿（111）方向生长，两相间呈半共格界面，并存在三套规则的界面错配位错网．在Cr（Mo）相中，发现两种NiAl析出相，分别与Cr（Mo）相呈共格和半共格关系在NiAl基体中，也发现细小的Cr（Mo）相．Heusler相与NiAl或Cr（Mo）相不存在固定的取向关系，但在某些情况下发现二者也存在严格的立方－立方取向关系．

一种单晶镍基合金蠕变初期的位错组态

利用TEM研究了单晶镍基合金平行于应力轴的（100）晶面拉伸蠕变初期的位错组态，表明：形变特征是位错在γ相八面体滑移系中运动．在基体通道中，1／2＜110＞型位错运动相遇，发生反应而增殖；由于（100）晶面的基体通道受压应力，位错运动阻力大，密度小，位错运动多以交滑移和Orowan弓入方式进行；当受拉应力通道中弓出的位错环经交滑移进入压应力通道后，入口两侧被打扎，位错可定向弓入成为形貌类似于双端F-R源的位错组态．

晶体取向对镍基单晶合金蠕变行为的影响

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究[001]、[011]取向镍基单晶合金在蠕变期间的组织演化及变形特征。结果表明:经完全热处理后,[001]和[011]取向合金中立方γ′相均以共格方式镶嵌在γ基体相中,并沿〈100〉取向规则排列。蠕变期间,[001]取向合金中γ′相沿垂直于应力轴方向形成N-型筏状组织,而[011]取向合金中γ′相沿[001]取向形成纤维状筏形组织,且在(100)晶面的筏状γ′相与施加应力轴方向呈45°角排列,其中,立方γ′相不同晶面中扩张晶格的法线方向是筏状γ′相的生长方向。在试验温度和应力范围内,与[011]取向合金相比,[001]取向合金具有较好的蠕变抗力。在高温蠕变后期,两取向合金中的筏状γ′相均发生粗化和扭折,其中,[001]取向合金在蠕变后期的变形机制是位错剪切γ′相,而[011]取向合金的变形特征主要是形变位错在基体通道中滑移。

不同碳含量低碳(锰)钢过冷奥氏体形变过程中的铁素体转变

研究了碳含量对低碳(锰)钢过冷奥氏体压缩变形过程中铁素体转变的影响.结果表明,锰含量相同时,碳含量提高,低碳钢形变强化相变孕育期延长,完成相变所需总应变增加,转变动力学曲线整体向高应变方向移动.铁素体在畸变能较高的铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体区反复形核并以链状向奥氏体晶内推进,获得2～4 μm的微细等轴铁素体晶粒.碳含量提高有利于铁素体晶粒细化.

利用局域取向差衡量变形金属中的位错密度

利用局域取向差衡量变形金属中的位错密度,对不同变形程度的退火铁素体钢样品做电子背散射衍射(EBSD)面扫描,取得取向数据进行局域取向差分析。结果表明,在相同的测量和计算条件下,局域取向差可以表征出塑性变形的金属中位错墙和显微带等亚结构。局域取向差还可以用来比较不同样品的位错密度平均水平,特别是能够区分状态接近的微区中位错密度的相对大小。利用局域取向差分析证实了具有相同成分的铁素体+马氏体(F-M)双相钢与铁素体+珠光体(F-P)钢中,前者铁素体的位错密度高于后者。局域取向差分布图表明在冷轧板中部组织中,位错墙集中分布于晶界附近;而在边部组织中,位错墙则是分散分布并相互缠结。边部组织中的位错密度显著高于中部组织,是导致局部塑性差容易开裂的一个原因。