晶体取向对铝单晶的高温流变行为影响

采用Cube、Copper、S三种取向铝单晶(ASCs)在25~300℃、0.001~10 s-1条件下进行热模拟等温单轴压缩实验,获得三种取向ASCs在不同高温变形条件下的真应力-真应变曲线,建立其应变补偿高温变形本构方程以及热加工图。结果表明:不同晶体取向的ASCs的动态再结晶(DRX)程度存在显著差异,三种取向ASCs的DRX难度为:Cube>Copper>S。ASCs在等温单轴压缩过程中的流变应力随应变速率的减小与变形温度的升高而降低,各取向的最高流变应力水平为:Copper>S>Cube。各取向ASCs在变形过程中的微观组织演化耗能存在差异,其功率耗散率数值的大小顺序为:Cube>Copper>S。

匀变速抽拉对镍基单晶高温合金显微组织及晶体取向演化行为的影响

定向凝固熔模铸造单晶叶片过程中凝固过程难以达到稳态。本文采用定向凝固实验结合数值模拟的方法,研究了匀变速抽拉条件(0~200μm/s和200~0μm/s)下镍基单晶高温合金非稳态凝固过程中的显微组织与晶体取向演化过程。结果表明:同一瞬时抽拉速率下匀加速抽拉样品的一次枝晶间距大于匀减速的情况。定向凝固过程中晶体取向偏差具有随机波动性,匀加速抽拉下的晶体取向波动幅度大于匀减速的情形。最后,结合数值模拟的温度场结果分析了凝固组织和晶体取向演化机制。

考虑晶体取向的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金动态力学性能研究

鉴于高熵合金材料(high-entropy alloy,HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能,其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释,需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制,为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考。利用分子动力学模拟的方法,设计了[100]、[110]和[111]等3种取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金在不同应变率下的压缩、拉伸及冲击试验,分析了动态响应过程中原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制。压缩试验中:[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[111]的次之,[100]的最低;[100]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金主要的变形机制为孪晶变形,[110]的为滑移变形,[111]的为位错变形。拉伸试验中:[111]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[100]的次之,[110]的最低;[100]取向结构Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金拉伸过程中孪晶结构较多,[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金产生较规则的密排六方结构滑移面,[111]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金不会产生任何滑移面。随着应变率的升高,3种取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金压缩和拉伸屈服强度均大幅度提高,对应伸长量增大。较低应变率(1×109 s^(−1))下的塑性变形机制主要为滑移变形,但滑移系较少;中应变率(1×10^(10)s^(−1))下的塑性变形机制是以滑移为主的变形机制,但滑移系较多;高应变率(1×10^(11)s^(−1))下的塑性变形机制是由原子排列无序化的非晶原子诱导的变形。[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的抗冲击性能最好,与其具有最高的屈服强度,并且在屈服结束阶段也能保持最高的应力有关。

高应变率加载下FCC金属晶体取向对孔洞增长的影响

采用率相关的晶体塑性本构模型研究了冲击荷载作用下晶体取向对面心立方金属内部孔洞增长的影响。利用VUMAT子程序,将率相关晶体塑性本构模型嵌入ABAQUS有限元软件中,分析了单晶晶内孔洞、双晶晶界孔洞和三角晶界孔洞的增长行为,结果显示:孔洞的变形模式与晶体取向、晶界位置(冲击加载方向与晶界的相对方位)、加载方向相关,晶体的滑移线模型与晶界位置之间的关系可以反映孔洞增长方向。对于晶内孔洞,加载方向越接近[011],孔洞开始增长变形时间越晚,但孔洞的总体增长变形越大;加载方向越接近[111],孔洞开始增长变形时间越早,但孔洞的总体增长变形越小。对于晶界处孔洞,晶界位置影响孔洞的部分变形,但不会影响总体变形。晶体受冲击之后,若孔洞增长方向沿晶内,则晶界会促进孔洞沿晶内增长;若增长方向沿晶界,则晶界会促进孔洞沿晶界方向增长,抑制其向晶内增长。

晶体取向的偏差和随机性对镍基单晶叶片强度与蠕变寿命的影响

本文提出双参数蠕变损伤模型用以模拟镍基单晶合金叶片的强度和寿命。该模型得到单轴应力状态和模拟叶片、双剪切试样复杂应力状态的考核。叶片分析表明:单晶叶片轴向的偏角增大,强度的分散性变大。两个不受控的晶体取向变化时,滑移系的分切应力最大有15%的变化;轴向的偏角的增大,寿命的分散性变大,15°的偏角,寿命偏差6倍。两个不受控的晶体取向变化时,寿命有50%的变化。结果表明:对叶片进行3维取向优化,可以提高叶片的蠕变寿命。

一种测定晶体取向及其分布的简便XRD方法

提出了旋转定向测试法,其原理是使试样在粉末Ｘ射线衍射仪上进行θ扫描的同时绕其端面法线自转,增加了晶面法线通过衍射平面的机会．通过这种方法可直观地区分取向多晶、准单晶或者单晶体,评定研制过程中准单晶和择优取向材料的晶体品质;确定单晶、准单晶及择优取向等材料的晶面相对宏观端面的晶向偏离角和取向分散度;还可对单晶体材料进行三维晶面定向．旋转定向法测试晶体取向具有快速简便、一机多用、精度高等优点,在电子、光学、磁性、机械等材料研究领域具有广泛的应用．

连续铸造铜单晶的晶体取向与竞争生长

本文采用自制单晶连铸设备和Ｘ射线衍射方法研究连铸铜单晶的晶体取向与竞争生长。结果表明，在晶体演化过程中逐渐淘汰的晶面为（３１１）、（２００）和（１１１），最后单晶生长的晶面为（２００），连铸铜单晶的晶体生长方向为［１００］，晶体取向［１００］与晶轴的偏离度小于１０°。单晶生长时固液界面向熔体呈凸出形状，这有利于晶体生长过程中的竞争和淘汰。还发现了连铸铜单晶取向在一定范围内。

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。

晶体取向对激光快凝重熔区组织形态的影响

利用５ｋＷ ＣＷ ＣＯ２激光器对ＤＤ２单晶合金进行了表面重熔实验，研究了基材晶体取向对重熔区微观组织生长方向的影响结果表明：熔池中微观组织的生长方向强烈地受基材晶粒取向和激光束扫描方向的影响．在同一晶面上，沿不同晶向进行扫描时，重熔区组织生长方向明显不同．枝晶生长条件下，择优取向对枝晶生长方向的影响要较热流的影响大．

晶体取向对镍基单晶高温合金铸态组织和偏析的影响

用光学显微镜观察了沿 [0 0 1],[0 11]和 [111]方向生长的镍基单晶高温合金的枝晶形态。结果表明 ,以枝晶界面生长的单晶中生长方向完全由择优取向〈0 0 1〉决定 ,[0 0 1]方向中形成平行于轴向的枝晶 ,[0 11]和 [111]方向中由于不同取向的枝晶交错生长 ,形成多种位向的亚晶界。在垂直于枝晶方向的 { 0 0 1}面内测定的一次枝晶间距 ,按 [0 0 1]→ [0 11]→ [111]次序增大。用电子探针测定了不同取向中合金元素的偏析比 ,Al,Co ,W的偏析情况不受晶体取向影响 ,Ti和Cr的偏析比按 [0 0 1]→ [0 11]→ [111]的顺序减小 ,Ta和Mo的偏析程度无确切变化规律。各元素在不同取向中偏析的变化是由元素的扩散能力和枝晶空间构形共同决定的。

热压云母微晶玻璃的晶体取向与力学性能

采用热压的方法，首次制备出具有择优取向的新型云母微晶玻璃．X光衍射分析（XRD）表明，热压后的材料中形成了｛00l｝＜uvw＞型丝织构.云母晶体的空间取向分布函数具有f（θ）=1-Aexp（B/θ）的形式。材料的织构型程度开始随热压形变量的增加而增加，当形变量超过一定值后，材料的织构程度基本保持不变；材料平行于热压方向的抗弯强度和断裂韧性一直随形变量的增加而增加．

搅拌摩擦焊焊接5083铝合金板材焊核区的晶体取向

采用搅拌摩擦焊焊接了5083铝合金板材,借助电子背散射衍射技术和取向成像分析软件,对比性地分析了母材和焊核区的晶粒形貌、取向差分布、织构组分及取向分布函数,分析了焊核区晶体取向的变化.结果表明,在热—力作用下,焊核区发生动态再结晶,显示等轴晶粒形貌,平均晶粒尺寸约为15.8μm,同时大角度晶界比例明显增加.母材的黄铜织构B{011}<211>和S织构{123}<634>的比例分别达到30.6%和13.6%以上;搅拌摩擦焊后,焊核区的B织构和S织构的比例分别降至4%和1.8%,原位再结晶形成的R{124}<211>织构组分约为7.7%,焊核区其它常见面心立方金属织构组分的比例均低于8%,意味着焊核区由强取向组织转变为弱取向组织.

镍基单晶高温合金晶体取向的选择及其控制

镍基单晶高温合金是航空发动机和燃气轮机叶片的重要材料,该合金具有<001>的择优取向。回顾了镍基单晶高温合金晶体取向与单晶铸件高温力学性能的关系,不同取向单晶的高温拉伸性能、抗蠕变、低周疲劳等性能均明显不同。<001>方向具有较高的综合力学性能。结合作者在本领域的研究,发现不同取向的枝晶生长规律不同,<011>取向的枝晶在纵截面上枝晶干呈"V"或"W"形状,横截面上枝晶干呈直线排列,同时不同取向的枝晶间距和溶质元素偏析程度不同。总结了选晶过程中引晶段和螺旋段在单晶制备中的作用,晶体取向决定于引晶段的选晶效果,螺旋段的主要作用为确保获得单一的晶粒;分析了籽晶法单晶制备过程中晶体取向对晶体生长的影响及造成取向偏离的一些因素。展望了镍基单晶高温合金晶体取向的研究发展方向。

晶体取向对单晶高温合金一次枝晶间距的影响

在固液界面微单元热量平衡分析的基础上，建立了晶体取向对一次枝晶间距影响的理论模型．该模型表明，一维择优晶体取向与宏观定向凝固方向偏离越远，一次枝晶间距越小对ＤＤ８单晶高温合金凝固组织尺度的实验研究结果表明，晶体取向对一次枝晶间距的影响趋势和理论模型相吻合，其影响程度和固液界面温度梯度及定向凝固速率有关．模型及实验都表明，提高固液界面温度梯度和定向凝固速率，晶体取向对一次枝晶间距的影响程度减弱．

镍基单晶合金的γ'相筏化准则及蠕变性能的晶体取向相关性

基于最大降低相界面能密度原理，本文推导了一般应力状态下镍基单晶合金的强化相γ＇筏化准则，给出了筏化图，并得到试验结果的验证，进而定量分析了核化过程；利用该准则即最大相界面能密度降低，可以很好地描述蠕变性能的晶体取向相关性，并初步得到试验结果的验证．

从晶体取向特点探讨ZnO薄膜的晶体不完整性

用MOCVD法在蓝宝石衬底上得到了ZnO（0002）膜，并用XRD和SEM进行了表征．结果表明，薄膜中沿[0001]择优取向生长的柱状晶垂直于衬底表面，晶柱之间存在着边界和间隙．x射线中扫描实验结果表明．晶柱之间的取向偏差在3°-30°之间，X射线ω摇摆曲线和谱线宽度分析结果表明，薄膜中的晶柱是由多个晶粒堆叠而成，且晶粒之间的平均取向偏差也在2．6°以上．实验结果表明，ZnO大失配度异质外延膜是c轴[001]取向柱状多晶体，ZnO薄膜的结晶不完整性主要是由其柱状晶结构造成的。

Sn-3Ag/Cu接头在钎焊和时效中IMC的生长和晶体取向分析

研究了Sn-3Ag/Cu钎焊接头在液相钎焊和固相时效后界面金属间化合物(IMC)的生长行为和晶体取向。实验结果表明,液相反应和固相反应生成的IMC形貌差别很大;液相钎焊时IMC生长与时间的0.4次方成正比,而在固相时效时IMC生长与时间的平方根成正比,其生长激活能为90kJ/mol;通过液固晶体取向对比,发现液态钎焊和固相时效中晶体取向没有明显变化。

晶体取向对镍基单晶高温合金枝状组织的影响

本文研究了一种镍基单晶高温合金不同晶体取向形成的枝晶组织的变化规律，发现枝晶择优生长方向编高热流方向时，一次枝晶形态发生明显的变化，二次枝晶分枝出现明显的不对称性。

薄膜生长基底对FeS_2晶体取向的影响

用Fe膜硫化法制备FeS2薄膜,分析了基底对FeS2薄膜晶体结构和位向分布的影响.结果表明,改变基底晶体的类型能够在一定程度上控制FeS2薄膜的晶体位向分布.FeS2薄膜在Si(100)、Si(111)和Al基底上可获得(200)方向的择优取向,在TiO2基底上可同时获得(200)及(220)择优取向,非晶玻璃基底对位向分布影响不明显.不同的基底与Fe薄膜的界面错配度不同,可改变薄膜晶体位向的分布,导致晶格畸变程度和晶粒尺寸的变化.当基底为非晶结构或界面的错配度较大时,FeS2晶体的取向分布主要受表面能和晶粒优先生长方向的控制,薄膜具有较小的晶格畸变和较细的晶粒;当基底为晶态并且界面错配度较小时,FeS2晶体取向的分布除受表面能及晶粒优先生长方向控制外,还受界面应变能的控制,此时薄膜易形成较大的品格畸变和粗晶粒.

原位X射线研究拉伸过程中间规聚丙烯晶体熔融与晶体取向关系

间规聚丙烯熔体(sPP)淬冷至液氮温度并保持5 min,于20,40,80,120℃下等温退火10 h,制备出具有不同片晶厚度的样品.在室温条件下,利用原位X射线在线研究sPP样品拉伸过程中应力诱导的晶体熔融和晶体取向关系.结果表明,在单轴拉伸过程中,应力导致的晶体熔融和晶体取向同时发生,即两者在同一应变、同一应力下同时发生,这一特性不受片晶厚度的影响.随着片晶厚度的增加,晶体熔融和取向需要的临界应力不断增大,在所研究范围内,该临界应力的增加和片晶厚度基本呈线性关系.另外,随着片晶厚度增大,样品的弹性模量、屈服强度和应变硬化模量均有一定程度的增大.