尺度效应对晶内孔洞愈合的影响

基于非局部连续介质力学理论,提出了一种解析方法,研究小尺度参数对具有应力作用下的晶内孔洞收缩速率和愈合历程的影响规律.算例表明,随着晶内孔洞尺寸减小,尺度效应对孔洞收缩速率的影响逐渐增强;由于小尺度效应的影响,仅在晶格扩散能量的驱动下,晶粒中的孔洞不能够完全消失,这与不考虑小尺度效应的晶内孔洞收缩速率和愈合历程有很大不同.研究结果揭示了受静水压力和外应力作用下的材料中损伤缺陷的自我修复机制,具有一定的理论参考意义.

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。

25Cr2Ni4MoV钢锻造过程孔洞缺陷愈合规律研究

实测了核电转子用25Cr2Ni4MoV钢的高温应力应变曲线和热物性参数,基于ABAQUS软件建立了锻造过程孔洞闭合的有限元模型,模拟了不同温度和变形量下的孔洞闭合行为.研究发现,典型的孔洞闭合过程分为3个阶段,即闭合速率减小-增加-再次减小.模拟结果表明,900—1200℃时孔洞几乎在同一压下率(约25%)下闭合,即孔洞闭合对变形温度不敏感.在模拟结果的基础上,进一步设计了孔洞闭合后焊合过程的物理模拟实验,研究了恒应变速率(0.01s^(-1))下压下率(25%-45%)和变形温度(900-1200℃)对闭合孔洞焊合过程的影响.焊合界面的拉伸实验结果表明,较高的温度和闭合后持续的塑性变形能极大地促进闭合界面的焊合,当变形温度大于1000℃,压下率为35%时,闭合界面结合强度可达基体强度,孔洞实现完全焊合;当温度降至900℃时,孔洞需45%的压下率才能完全焊合.最后,基于拉伸断口的形貌,对影响孔洞焊合的因素进行了讨论.

粗晶EW75镁合金变形孔洞的产生及愈合研究

通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,在Gleeble-1500热模拟机上研究了粗晶EW75镁合金热变形行为,变形温度为723 K、应变速率为0.05 s-1,最大变形程度为80%的条件下,根据结果分析了合金高温变形时的真应力-真应变曲线以及不同变形量的显微组织,揭示了合金在变形过程中孔洞产生及消失的机制。结果表明:铸态合金平均晶粒尺寸约为149μm,均匀化后合金平均晶粒尺寸达到197μm左右;真应力-真应变曲线呈现出典型的动态再结晶特征;变形量为40%,原始大晶粒被细小再结晶晶粒包围,呈现典型的"项链"状特征,在局部晶粒交结处出现孔洞,随着变形量的增加,孔洞先长大后变小,当变形量达到80%时,孔洞基本消失愈合,愈合区有细小的再结晶的晶粒,形成明显的愈合带;大尺寸晶粒间的相互协调性能较差是变形出现孔洞的主要原因,随着变形量的增加,再结晶比例的提高带来的变形协调性能增强,孔洞最终被压扁,重新接触的两表面存在较高的能量,最终发生完全动态再结晶是合金孔洞愈合机制。

高压二氧化碳作用下聚苯乙烯薄膜表面链段运动研究

采用改进的纳米孔洞愈合法考察了高压二氧化碳作用下聚苯乙烯薄膜表面的链段运动能力。研究表明,在高压二氧化碳作用下,纳米孔洞愈合到平衡深度所需要的时间大大降低,说明表层链段的运动能力大大增加,同时愈合的深度也有所增加,说明二氧化碳同样增加了具有高运动能力的表面层的厚度。利用薄膜表面层的高运动能力,在高压二氧化碳作用下对聚苯乙烯薄膜进行粘结,采用胶带剥离的方法定性地考察了粘结强度,同时采用原子力显微镜考察了粘结面的形貌特征。结果表明,真空及70℃作用下,聚苯乙烯薄膜无粘结,粘结面光滑;在2.07 MPa二氧化碳及70℃下,粘结膜经剥离后表面粗糙度为几个纳米,粘结强度较低;在相同压力的二氧化碳及80oC下,粘结膜经剥离后表面粗糙度为十几个纳米,具有一定的粘结强度。将具有高运动能力表面层厚度与粘结实验相对比,发现当具有高运动能力的表面层厚度超过约7.0 nm时,聚苯乙烯薄膜才具有一定的粘结强度,孔洞愈合法的实验结果能够很好地解释聚合物薄膜在不同条件下的粘结情况。