考虑几何必需位错非均匀分布的双相钢细观力学行为模拟

铁素体(F)-马氏体(M)双相钢在生产过程中由马氏体相变造成的铁素体内部的几何必需位错(GND)会保留在最终的材料组织中,而由GND非均匀分布导致的材料局部硬化效应使得铁素体晶粒内部的性能分布同样呈现非均匀特性。为了量化GND局部硬化效应对双相钢力学性能的影响,本文通过电子背散射衍射(EBSD)实验测定与数据分析确定了储存在双相钢微观组织中的GND分布特征,并进行了参数化处理。使用微观组织重构算法构建了具有F-M和F-F硬化层的双相钢代表性体积单元(RVE)模型,并对双相钢在拉伸变形下的细观力学行为进行了模拟,模拟结果显示的组织变形特征及得到的整体应力-应变曲线与实验结果基本相符。

基于非局部位错密度晶体塑性有限元模型的金属晶体薄膜微弯曲变形特点(英文)

采用考虑非均匀微观结构的非局部位错密度晶体塑性有限元模型,研究金属晶体薄膜材料微弯曲塑性变形的特点。该模型采用统计存储位错密度和几何必需位错密度作为其内部状态变量,通过几何必须位错密度的演化来预测单晶体金属薄膜材料微弯曲中的应变梯度效应。采用不同晶粒大小的CuZn37α-黄铜多晶体薄膜进行微弯曲实验,并测量试样微弯曲变形后的微硬度分布图。将模拟得到的位错密度分布与实验测得的微硬度分布进行对比,发现粗晶试样和细晶试样微硬度分布的不同主要是由统计存储位错密度和几何必须位错密度引起的。基于微观物理机理,研究微弯曲变形的特点和位错密度的演化。

拉伸变形Al-Si合金中Si颗粒相对于晶粒旋转的原位证据

为确定Si颗粒在拉伸变形过程中是否相对于基体晶粒发生旋转,采用原位拉伸扫描电子显微镜(SEM)和离位背散射电子衍射(EBSD)相结合的方法,研究Al-Si合金在拉伸变形过程中Si颗粒旋转与晶粒旋转之间的关系。通过对比晶粒的EBSD三维取向的平面投影信息与Si颗粒的原位SEM信息,发现Si颗粒在样品表面的平面上具有明显的相对旋转。此外,根据EBSD数据的中心点平均取向差(KAM)分析,发现Si颗粒的较大相对旋转会引入更高密度的几何必需位错(GND),这会在颗粒附近的基体中产生较强的加工硬化效应。总之,Si颗粒的相对旋转度越大,加工硬化效果越强。

Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金在压缩变形中的滑移系激活规律和塑性变形不均匀性

为了定量和统计地了解高性能铸造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(质量分数,%,GW103)合金在室温单轴压缩变形中滑移系的激活规律和塑性变形不均匀性,对时效状态的该合金进行详细的滑移迹线分析和基于取向差的电子背散射衍射(EBSD)分析。在2%塑性应变后,根据鉴别的滑移迹线的相对比例,激活的滑移模式首先为基面滑移(73.3%),其次是柱面滑移(15.8%),然后是二级角锥面滑移(6.9%),最后是一级角锥面滑移(4%)。尽管大多数激活的滑移系表现出较大的施密特因子(m)值(>0.3),但值得注意的是,一些硬取向(m<0.1)的滑移系也被激活。对于大多数表现出极大几何必需位错(GND)密度的晶界,至少满足以下条件之一:晶界取向差角(GBMA)较大;相邻晶粒间特定滑移模式m_(max)之差较大。晶粒的塑性变形不均匀性(GND密度的大小/分布)与是否能观察到滑移迹线无关。晶内取向分布(GOS)和/或平均GND密度与m_(max)(对于特定滑移模式)没有明显的相关性。

考虑两种硬化方式的钛合金α相物理本构模型

针对钛合金中的α相,推导了引起背应力的几何必需位错的演化方程,该方程包含位错的存储项与湮灭项,同时将几何必需位错与背应力联系起来,从物理机制层面解释了背应力的演化。此外,建立了同时考虑由于位错纠缠导致的各向同性硬化和背应力引起的运动硬化的物理本构模型,利用室温下纯钛的相关实验数据对本构模型进行了验证。结果表明,所提出的本构模型能很好地预测纯钛的应力-应变曲线;与几何必需位错相关的背应力具有较高的准确性,统计存储位错的变化符合相应规律,证实了该物理本构模型具有很好的适用性,为今后采用混合规则建立钛合金的多尺度本构模型以及嵌入仿真软件寻求最优的工艺参数提供了参考。

镍单晶薄膜纳米压痕的准连续介质模拟

用准连续介质方法模拟了大规模原子的镍薄膜在纳米压痕下发生初始塑性变形的行为.主要得到了:(1)载荷-位移响应.在载荷位移曲线上除了反应晶体弹性性质的直线外还有数次的载荷突然下降过程.(2)位错形核现象.与载荷-位移曲线上的载荷突然下降相对应的在受压的晶体上发现了位错形核现象,说明载荷的下降是因为位错形核引起的.(3)位错的发射机制.用Peierls-Nabarro位错模型以及能量法分析了位错的发射机制,理论值与计算值吻合较好.(4)几何必需位错密度.用一个简单的模型计算了几何必须位错密度.此外还考虑了边界条件对模拟结果的影响.

基于同步辐射连续X射线谱的多重孪生形态与长大的原位分析（英文）

同步辐射连续X射线谱微衍射技术被应用于原位研究AZ31（Mg-3Al-1Zn）薄板单向拉伸过程中的形变孪生,对孪晶在64-73 MPa载荷条件下的形态和生长进行原位分析。在先进光源中心（ALS）的12.3.2光束线采集的X射线衍射数据被用来表征面积为396μm×200μm的关注区域。该实验装置和具有深度分辨能力的X射线显微术可在亚微米尺度上确定晶粒内位置与取向联系。一系列基体晶粒按照晶体取向分类来研究孪生行为。结果展示了相同晶粒内多重孪生的孪生变体选择、局域取向差波动及镶嵌块扩展。随着载荷增加,沿孪晶迹线方向的取向差波动持续增加,其原因归结为几何必需位错的积累。

热输入对SAF2507超级双相不锈钢焊接接头显微组织及硬度的影响

采用显微观察、化学成分分析、硬度测定、EBSD分析的方法,研究了TIG焊接热输入对1.2 mm厚的SAF2507超级双相不锈钢焊接接头显微组织和硬度的影响机理.结果表明,在焊缝中,随着热输入由110 J/mm增加至156 J/mm,铁素体晶粒尺寸由90μm增至200μm,晶粒的粗化减少了奥氏体的形核位置,同时热输入的增加使焊缝中N元素含量由0.25%降低至0.21%,最终导致焊缝中奥氏体含量由28.9%减少至24.3%.在高温热影响区中,当热输入为132 J/mm时,奥氏体含量达到最高值,为36.4%,此时铁素体晶粒中心的Cr;N的析出量最少.焊接热输入由110 J/mm增加至156 J/mm时,焊缝的维氏硬度保持在320不变.这是因为焊缝组织的几何必需位错密度和相界密度都不随热输入的增加而变化,依据金属强化理论可知焊缝硬度不随热输入的增加而变化.

微孔洞对高周循环载荷作用下双相钛合金微塑性行为的影响(Ⅰ):晶体塑性分析

建立二维晶体塑性有限元模型研究微孔洞与高周循环载荷作用下双相钛合金微塑性变形行为的关系。结果表明,几何必需位错(GND)倾向聚集于微孔洞周围,且导致平均GND密度升高。孔洞尖端塑性区域(TPZ)的曲率对GND密度的影响大于孔洞尺寸的影响。随着TPZ曲率和空洞尺寸的增大,初生α、次生α及β基体内的累积剪切应变增大。初生α相内柱面滑移系上的累积剪切应变主导其变形。当微孔洞间距增大时,微孔洞对累积剪切应变的影响减弱。

冲击加载下多晶铝的晶体塑性有限元模拟

在多晶材料中,不同取向晶粒间的晶界往往对材料在冲击加载下的动力学响应有极大的影响。在单晶晶体塑性模型的基础上,通过考虑晶界与位错相互作用的微观机理,建立了一个包含晶界阻力、几何必需位错以及背应力的多晶晶体塑性模型,并模拟研究了基于Voronoi几何模型的多晶铝在冲击加载下的力学响应。结果表明:冲击波后的晶界单元存在极高的残余剪应力,而晶粒内部单元的剪应力趋近于零;晶界附近存在较大的塑性变形梯度,产生大量沿晶界分布的几何必需位错和背应力;由滑移不连续性引起的晶界阻力是造成冲击波后大量残余剪应力的主要因素,而几何必需位错和背应力对剪应力松弛程度的影响较小。

多道次压缩变形对AZ80镁合金微观组织演化的影响

镁合金具有密排六方结构,可动滑移系少导致其室温塑性差,而热加工对调控镁合金塑性有重要作用。本工作对AZ80镁合金分别进行恒温、阶梯降温多道次压缩变形,利用电子背散射衍射(EBSD)技术观察分析了不同变形程度、不同变形路径下AZ80镁合金的微观组织,研究了AZ80镁合金热压缩变形过程中晶界、位错密度、Schmid因子和极图演化规律。结果表明:晶粒尺寸、孪晶、织构综合作用对AZ80镁合金塑性调控的影响优于单一动态再结晶对其塑性调控的影响,恒温三次变形(ε=0.6)(3P)有利于发生动态再结晶,而阶梯降温三次变形(ε=0.6)(3P)更有利于塑性变形。晶粒取向差减小、小角度晶界(LAGBs)数量增多、几何必需位错(GND)密度增加3者共同作用产生更多86°{1012}<1210>拉伸孪晶是影响阶梯降温三次变形塑性调控的重要因素。

异构金属材料及其塑性变形与应变硬化

金属材料异构(heterostructure)是将具有显著流变应力差异的软硬相间区域作为基元进行有序构筑而成的微观组织,是旨在提高应变硬化能力和拉伸塑性的微结构设计策略,迄今应用于各种金属结构材料并获得了强度与塑性/韧性等力学性能的优异匹配。异构策略的出发点是其特征的力学响应,即塑性变形时在异构基元界面形成的应变梯度,异构的特征应力应变响应是力学迟滞环。相比均质结构中主导的林位错塑性和林硬化,异构为了协调界面应变梯度而产生几何必需位错,新增了基于几何必需位错的异质塑性变形并引起额外的应变硬化与额外的强化。本文综述了近期异构金属材料的研究进展,首先定义了异构中基元并据此把异构分类为基元异构、亚基元异构以及复合异构,随后分析并讨论了异构塑性变形时界面和位错等微结构演化,以及异质塑性变形、应变硬化和强化行为,最后展望了异构提升宏观力学性能匹配的潜力。