BCC Fe中P晶界偏析对拉伸变形行为影响的分子动力学研究

晶界是金属材料中重要的微观结构,并且晶界上的位错形核对材料变形起着至关重要的作用。本文通过分子动力学模拟研究了BCC Fe中对称倾侧晶界的位错形核机制和孪晶机制,分析了P的晶界偏析对位错变形行为的影响机理。对于(111)晶界体系,位错形核扩展主导拉伸变形行为。而对于(112)孪晶界体系,拉伸变形主要是由孪晶主导,体系发生BCC-FCC相变。针对5个对称倾侧晶界(旋转角为30°~160°)体系,在不同温度下(300 K和600 K)施加拉伸载荷,结果表明位错形核受晶界类型和温度影响。与300 K相比,600 K下体系强度降低,促进位错形核。同时,从原子微观结构、体系能量两个角度,研究P的晶界偏析对位错形核的影响机理。本文提供了晶界位错形核的原子机制,有助于理解P在BCC Fe中的偏析对晶界变形行为和力学性能的影响。

Zr_(3)Al三轴拉伸变形的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究Zr_(3)Al三轴拉伸的力学行为和位错反应机制,比较分析不同变形温度和变形速率对Zr_(3)Al三轴方向上的应力应变关系及塑性变形行为的影响,为研究Zr_(3)Al力学性能提供理论参考。结果表明:在不同变形温度和不同应变速率下三轴方向上的拉伸变形机理相似;随着温度升高,会降低Zr_(3)Al的应力峰值和降低达到应力峰值时对应的应变量,使其抗拉强度降低,同时会加快变形所诱发的面心立方转变为密排六方结构的相变。在整个变形过程中,产生6种位错类型,主要位错类型是Other和1/6<112>类型位错。在300~1000 K的拉伸变形温度条件下,位错长度均随着变形量的增加先变长后减短,直至相对稳定。相比于1×10^(8)、2×10^(8)、5×10^(8)s^(-1)拉伸应变速率条件下,在拉伸应变速率为1×10^(9)s^(-1)时,Zr_(3)Al具有更高的抗拉强度。

Fe-30Mn-5Al TWIP钢的拉伸变形行为

在保证Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢原有性能的基础上,为了消除Si对钢表面镀锌的不利影响,根据层错能计算方法以及钢的奥氏体稳定区与成分的经验解析方程,设计了Fe-30Mn-5Al单相奥氏体TWIP钢。采用万能实验机对其进行室温拉伸实验并对实验后的试样进行了背散射电子衍射分析(EBSD),研究了Fe-30Mn-5Al钢的拉伸变形行为。结果表明:Fe-30Mn-5Al奥氏体TWIP钢的层错能为50.35 mJ/m^(2),固溶后的Fe-30Mn-5Al钢,在室温拉伸过程中,形成了大量形变孪晶,抗拉强度达到800 MPa,拉伸延伸率高达100%,兼具优异的强度和塑性。

脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形研究

为了研究脉冲电流对SUS304极薄带拉伸变形的影响,进行了室温拉伸、通电拉伸以及通电空冷拉伸试验,分析了热效应和非热效应对宏观力学性能与微观组织的影响。结果表明,脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形过程中热效应和非热效应同时存在,热效应导致材料流变应力减小,非热效应抑制TRIP效应,促进TWIP效应,改变了材料的塑性变形机制;没有高强度马氏体协调塑性变形,导致试样过早发生失稳断裂,其中试样的抗拉强度降低12.2%,断裂延伸率下降44.7%;同时,非热效应使试样在较低温度下发生了回复和再结晶现象;脉冲电流诱导了SUS304极薄带由韧性断裂向韧脆性断裂模式的转变,并且促进了变形织构生成。

聚酯薄膜分切拉伸变形的影响因素分析和应对方法

聚脂薄膜作为一种有机高分子材料,具有弹性属性,在生产企业的分切过程中,会出现膜面拉伸变形的情况,导致下游客户无法正常使用,本文从生产的角度分析了拉伸变形产生的原因、现象和对下游客户的影响,并且针对性的提出了优化和解决办法。

原位反应自发渗透法TiC/AZ91D镁基复合材料及AZ91D镁合金的拉伸变形与断裂行为

利用原位反应自发渗透技术合成了47.5%碳化钛TiC(体积分数,下同)增强AZ91D镁基复合材料,对比研究了该复合材料与铸态镁合金AZ91D基体的室温与高温拉伸变形行为,观察了拉伸断口微观组织形貌,并分析了这两种材料的断裂特征。结果表明,TiC/Mg复合材料具有良好的高温力学性能,在拉伸变形速率为0.001s-1以及温度为723K,时其拉伸强度可达91.1MPa,而此时相同变形条件下的铸态AZ91D镁合金拉伸断裂强度只有41.1MPa,增幅达120%;而在室温下,镁基复合材料的拉伸断裂强度仅高出基体铸态镁合金23.4%。镁基复合材料的断裂应变较低,高低温时均表现为脆性断裂;而镁合金则由室温下的脆性断裂向高温下的韧性断裂过渡。

纳米晶铜单向拉伸变形的分子动力学模拟

纳米材料是由尺度在１～１００ ｎｍ的微小颗粒组成的体系，由于它具有独特的性能而备受关注．本文简要地回顾了分子动力学在纳米材料研究中的应用，并运用它模拟了平均晶粒尺寸从１．７９～５．３８ｎｍ的纳米晶体的力学性质．模拟结果显示：随着晶粒尺寸的减小，系统与晶粒内部的原子平均能量升高，而晶界上则有所下降；纳米晶体的弹性模量要小于普通多晶体，并随着晶粒尺寸的减小而减小；纳米晶铜的强度随着晶粒的减小而减小，显示了反常的Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ效应；纳米晶体的塑性变形主要是通过晶界滑移与运动，以及晶粒的转动来实现的；位错运动起着次要的、有限的作用；在较大的应变下（约大于５％），位错运动开始起作用；

1Cr18Ni9Ti钢的低温拉伸变形行为

对1Cr18Ni9Ti钢在室温和低温下进行拉伸试验,利用TEM分析拉伸试样断口附近的显微组织,用SEM对拉伸断口进行观察,研究了温度对1Cr18Ni9Ti钢拉伸变形行为的影响.研究表明:随着试验温度的降低,1Cr18Ni9Ti钢的抗拉强度与屈服强度及加工硬化指数单调增加;延伸率呈降低趋势,并在温度降至77K时略有回升;拉伸断口附近显微组织中出现板条马氏体,且温度降低,板条马氏体数量增加;低温与应变共同作用诱发板条马氏体形成是影响1Cr18Ni9Ti钢低温拉伸变形行为的重要因素.

非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究

非线性系数是描述材料中微纳尺度损伤的特征参量,非线性系数常通过接触式压电超声进行检测,但耦合剂引起的非线性一般是未知的,针对这一问题,提出了一种非接触式电磁超声非线性纵波检测方法。该方法基于洛伦兹力机理在试件表面产生的振动弹性波,利用不同拉伸载荷下所制备的损伤试件,分别利用压电超声、电磁超声进行非线性超声系数测量。实验结果表明:利用两种非线性超声检测的相对非线性系数与铝合金的拉伸形变呈单调关系,同时也论证了电磁超声纵波基于非线性理论对塑性变形评估的可行性。

拉伸变形应变速率敏感性指数的力学涵义及其规范测量

鉴于建立超塑性变形定量力学解析理论的重要性，从分析Backofen超塑性拉伸的本构方程出发，讨论了方程中的材料参数k和应变速率敏感性指数m的力学涵义。提出了恒应变ε、恒速度v和定载荷F三种典型变形路径条件下应变速率敏感性指数的规范测量公式。对每种变形路径又提出应变速率敏感性指数的传统测量方法和计算机模拟精确测量方法，并作了精度对比分析。给出了典型超塑Zn-5%A1合金在常态(18℃)和超塑状态(340℃)时三种变形路径下应变速率敏感性指数mε、mv和mF的实测结果。由于三者之间不但存在大的偏差，而且随ε的变化规律也各异。这就从试验上判明，即使在相同的应力状态下，应变速率敏感性指数也与变形路径密切相关。由此便向力学理论提出新的问题，要求从理论上解答偏差和变化规律不同的原因，进而揭示其力学本质。

超塑性拉伸变形应变速率敏感性指数的试验测量及其精细分析

从理论上导出不同典型变形路径下用试验参数F(变形载荷 )、v(十字头速度 )和l(试样标距长度 )表达的应变速率 ( ε)敏感性指数m的一组公式 ,并由此建立了在一组恒 ε试验、恒v试验和定F试验曲线上测量定长度应变速率敏感性指数ml、恒速度应变速率敏感性指数mv 和定载荷应变速率敏感性指数mF 的统一方法。在同一组恒 ε(恒v或定F)曲线上测得ml、mv 和mF,而且测得的ml、mv 和mF 是不相同的 ,这说明超塑性变形具有较强的结构敏感性。但是在不同组的恒 ε、恒v和定F试验曲线上用相同的测量公式测得的ml、mv 或mF 的值也各不相同 ,便是应分析的问题 ,于是又对m值的结构敏感性作了精细分析。

Cu-0.54Al_2O_3弥散强化铜合金的拉伸变形和断裂行为

对Cu-0.54%Al2O3弥散强化复合材料的拉伸变形和断裂行为进行了研究。结果表明,经挤压比为30∶1的热挤压后,复合材料的σb、σ0.2、δ和σ0.2/σb分别高达340MPa、250MPa、24%和74%。冷加工后合金的强度随退火温度的升高而逐渐下降,但σ0.2/σb仍保持较高的值。挤压态合金的加工硬化指数n为0.256,明显低于纯铜。铜基体中均匀弥散分布着平均尺寸为18nm,间距为100nm的Al2O3纳米粒子,提高了铜基体的强度,阻碍了高温退火时再结晶的发生,降低了合金的加工硬化速率。挤压态合金的拉伸断口宏观上为杯锥状,微观上表现为明显的韧性断裂特征。

渗氢后再结晶状态Zr-4合金拉伸变形的原位观察

利用扫描电镜原位观察和相应的多相有限元数值分析方法,研究了渗氢后再结晶状态Zr-4合金拉伸过程中氢化物的变形行为以及其对基体变形行为的影响.结果表明,氢化物自身具有一定的塑性变形能力,在具有良好塑性的基体约束下,可以与基体一起发生较大的变形,但是氢化物的变形能力和其在Zr-4台金中的分布和形貌密切相关:稀疏分布的氢化物,易发生变形,不易出现裂纹;单个片状的氢化物可以被基体中的滑移线穿过;而在大块氢化物团聚体内部易出现裂纹.氢化物的形貌不仅影响基体的变形行为;而且对基体的断裂也有显著的影响.渗氢后Zr-4合金的断裂属于韧性断裂,断裂时材料内部出现多裂纹源,无主裂纹出现.

Inconel 690合金的高温拉伸变形行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机研究了Inconel 690镍基合金在1000～1250℃、应变速率为0.1～10s^(-1)条件下的高温拉伸变形行为,获得了流变应力和断裂特征随变形温度和应变速率的变化规律。结果表明:该合金在高温拉伸变形中的流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,1100～1250℃是其较佳的塑性变形区;合金的高温拉伸变形流变应力可用双曲正弦形式的本构方程来描述,其变形激活能为654.7kJ·mol^(-1);随着变形温度的升高和应变速率的增大,合金的断裂机制由微孔聚集型断裂向沿晶断裂转变。

热挤压AZ81镁合金的拉伸变形行为

为了确定试验温度和应变速率对热挤压AZ81镁合金拉伸变形行为的影响规律，在不同温度和应变速率下对其进行了拉伸试验，结合透射电镜分析了热挤压AZ81镁合金的微观组织结构与其拉伸变形行为间的关系．结果表明：在一定的应变速率和试验温度范围进行拉伸变形时，热挤压AZ81镁合金可发生动态应变时效，其中当应变速率在5×100^-5-1×10^-4s^-1范围时，动态应变时效发生的温度范围为125～200℃，而当应变速率为5×10^-4s^-2时，动态应变时效发生的温度范围为150~200℃．在相同应变速率下，随着试验温度的升高，合金中的位错密度增大，位错与溶质原子的交互作用增强．

半晶态聚合物拉伸变形的微观机理

应用大规模分子动力学方法,采用粗粒化聚乙烯醇模型,模拟了晶区与非晶区随机交杂的半晶态聚合物模型系统,研究了半晶态聚合物在单轴拉伸变形过程中的应力-应变行为和微观结构演变.应力-应变曲线表现出4个典型变形阶段:弹性变形、屈服、应变软化和应变强化.在拉伸变形过程中,主要存在晶区折叠链之间的滑移、晶区破坏、非晶区的解缠结,以及分子链沿拉伸方向重新取向等4种主要的微结构演变形式.在屈服点附近,晶区分子链之间排列紧密程度减小而发生滑移,之后晶区变化需要的应力变小,从而形成应变软化现象.随着应变的增大,经各分子链段协同作用使非晶区分子链的解缠结和重新取向行为扩展到相对宏观尺度,导致拉伸应力增大而形成应变强化现象.

强电场对预拉伸变形1420合金时效行为的影响

对１４２０ 铝锂合金进行预拉伸变形电场时效处理，并运用透射电镜、拉伸试验研究了强电场对１４２０ 合金的显微组织以及力学性能的影响．结果表明：强电场使δ′相数量增多，而且细小弥散化，可以显著提高合金的强度．但是由于强电场的作用使晶界无析出带加宽，晶界平衡相变得粗大，所以合金延伸率降低．只要选择适当的电场强度就可以使合金的强度达到很高，塑性也较好．

拉伸变形对AA6016铝合金汽车外板再结晶组织及性能的影响

为优化冲压成形工艺,研究了不同拉伸形变量对T4P态AA6016冷轧薄板再结晶、析出行为、烘烤硬化性及断裂方式的影响规律.采用与气垫炉生产线类似的新型热处理设备,对合金进行固溶处理,预时效后室温停放,获得T4P态合金.以单向拉伸模拟板材局部冲压成形过程,采用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜,对合金再结晶组织、拉伸断口以及位错进行观察,并结合DSC测定和拉伸性能测定,对合金析出行为及力学性能表征.结果表明:随拉伸形变量增加,局部晶粒有被拉长的趋势;形变可抑制GP区溶解,并促进强化相析出;烘烤硬化性随形变增加而减弱;形变较小时,烘烤前后断裂方式均为塑性断裂,而形变较大时,烘烤前合金更加趋向于解理断裂,烘烤后解理断裂趋势减弱.

Ti-25Nb-25Ta合金拉伸变形过程中{332}〈113〉变形孪晶的EBSD研究

本文利用EBSD技术对亚稳β型Ti-25Nb-25Ta合金室温拉伸变形过程中{332}〈113〉变形孪晶的演变趋势及交叉现象进行了研究。结果表明:随着变形量的增大,孪晶宽度不断增加,孪晶形态由变形初期的平直细条带状逐渐变为宽窄不一的条带状,至变形末期部分孪晶呈破碎状,孪晶界严重扭曲变形。多数晶粒内产生两种以上{332}〈113〉孪晶变体,部分孪晶能穿越晶界继续生长,某些初次孪晶内部有二次{332}〈113〉孪晶产生。不同变体孪晶间易发生交叉现象。不同{332}〈113〉孪晶变体的交叉作用导致交叉区域出现较大的局部晶格畸变,晶格畸变主要集中于孪晶内部,且交叉界面处的晶格畸变程度最为严重。交叉作用的结果是交叉区域的晶体相对于不同孪晶变体和基体的取向都发生一定程度的改变。

工业铝板的低应变量拉伸变形行为

采用X射线透射法测量冷轧态AA3104和退火态AA1060工业铝板的织构,并在拉伸实验中测量了铝板的塑性应变比r值。利用所测量的铝板织构和Sachs以及反应应力模型对铝板不同方向塑性应变比进行了模拟计算。计算并分析了纯铝取向因子分布以及铝板拉伸前晶粒取向的软硬分布状态。结果表明,透射法获得了铝板的整体织构,排除了织构不均匀性的干扰。模拟计算表明,拉伸变形时多晶体的变形行为总是展现出Sachs模型的变形特征。这种特征起因于薄铝板非块体材料的几何特征,以及拉伸变形较低的应变量。