梯度结构特征对梯度纳米晶Cu力学行为影响的有限元模拟

采用晶体塑性有限元方法,对具有不同晶粒尺寸梯度结构特征的梯度纳米晶Cu的力学行为、应变场和应力场进行了计算分析。结果表明,当晶粒尺寸分布的梯度率n=1时,即晶粒尺寸分布梯度满足线性关系,平衡了强度和塑性两个关键的力学性能指标,梯度纳米晶Cu具有最优的强塑性匹配。梯度纳米晶Cu在变形过程中,粗晶承担了较大的应变,而细晶粒承载了更大的应力。此外,当梯度率n=1时,梯度纳米晶Cu在塑性变形中具有最大的应变和应力梯度,而且体系达到稳定的应变和应力梯度较晚。模拟结果与理论分析和实验结果一致。

分子动力学模拟梯度纳米晶Cu的力学性能

应用分子动力学方法模拟纳米晶Cu及梯度纳米晶Cu在单向拉伸载荷下的力学性能与微观结构演化过程。模拟结果表明,梯度纳米晶Cu的屈服强度及拉伸塑性变形能力比纳米晶Cu略高。在对梯度纳米晶Cu拉伸模拟过程中,其变形机制较为复杂,粒径较小的区域首先产生裂纹,然后逐渐在粒径较大的区域出现裂纹,单晶区塑性最好,材料遭到破坏时仍然没有裂纹出现,只存在位错运动及堆垛层错。

梯度纳米晶NiTi形状记忆合金的超弹性和形状记忆效应相场模拟

通过建立考虑两个马氏体变体的二维相场模型,对梯度纳米晶镍钛(NiTi)合金系统的超弹性、单程和应力辅助双程形状记忆过程进行了模拟和预测.模拟结果显示:在梯度纳米晶NiTi合金的超弹性过程中,较粗晶粒的区域保留了传统粗晶的马氏体相变和逆相变特征,即局部马氏体带的形核-扩展和缩减-消失,而随着晶粒尺寸的减小,细晶粒区域表现为均匀相变的特点,即无局部马氏体带产生;此外,在超弹性和形状记忆过程中,马氏体相变和重取向都首先在较粗晶粒区域开始并逐步向细晶粒区域传播,而逆相变则相反.马氏体相变和重取向的逐步扩展使梯度纳米晶NiTi合金的应力-应变和应变-温度曲线呈现出"硬化状",其可归因于纳米多晶NiTi合金中马氏体相变对晶粒尺寸的依赖性,即随着晶粒尺寸的减小,相变或重取向壁垒逐渐增大,马氏体相变或重取向的形核、扩展越来越困难.可见,梯度纳米晶结构具有比传统均匀晶粒尺寸NiTi合金更宽的相变应力区间、重取向应力区间和相变温度区间,可显著提高该合金非弹性变形的可控性.

梯度纳米晶结构材料变形机制的理论模型研究

针对纳米晶材料拥有较高强度但是塑性较低的问题,对高塑性的纳米晶材料进行了归纳,对高强度高塑性的梯度纳米晶材料的微观结构和变形机制进行了研究。提出了一个基于晶粒尺寸和晶界取向角的新理论模型讨论晶粒大小为20 nm^300 nm的梯度纳米晶结构的变形机制。研究了晶界滑移过程中晶界上位错的堆积情况,描述了晶界滑移和晶界迁移的能量特征。根据晶粒大小和晶界取向角这两个参数,通过能量法计算并定量分析了晶界滑移与晶界迁移能量特征之间的关系。研究结果表明,在梯度纳米晶材料中存在两种主要变形机制,相互竞争的两种变形机制最终导致梯度纳米晶材料不仅强度高而且韧性好;晶粒尺寸小于170 nm时主导变形机制为晶界迁移,大于170 nm时主导变形机制变为晶界滑移。

表面梯度纳米晶结构对06Cr19Ni10钢抗空蚀性能的影响

目的对06Cr19Ni10钢进行表面剧烈塑性变形处理,利用获得的表面梯度纳米晶结构提高其抗空蚀性能。方法采用高能喷丸法,在0.3~0.6 MPa范围内调节喷丸压力,获得不同组织结构的梯度纳米晶结构。使用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射仪和显微硬度计对梯度纳米晶结构进行形貌、物相分析及截面硬度分析,使用电化学工作站和自制的空蚀检测仪对梯度纳米晶结构进行抗腐蚀性能及抗空蚀性能检测。结果截面金相表明,通过调节喷丸压力,可以在06Cr19Ni10钢表面形成一层厚度为50~100µm的梯度纳米晶结构。XRD结果显示,喷丸处理可以使(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶向的衍射峰明显宽化。通过Voigt函数法计算可知,梯度纳米晶结构的顶层晶粒尺寸为32~87 nm,表面硬度由180HV0.05提高至360~525HV0.05。此外,喷丸处理可以提高06Cr19Ni10钢的自腐蚀电位至‒0.385 V(vs.SCE),降低其自腐蚀电流密度至3.512µA/cm^(2),明显延长其空蚀孕育期,最大抗空蚀系数约为未处理试样的12.92倍。结论梯度纳米晶结构可以全面提高06Cr19Ni10钢的表面特性,显著提高其抗空蚀性能。

具有梯度纳米/微米晶表层的工业纯钛变形和断裂机制（英文）

通过室温表面机械碾磨处理(SMGT),获得从表面到基体具有梯度纳米/微米尺度晶粒的纯钛试样。与未处理纯钛相比,经表面机械碾磨处理(SMGT-treated)的纯钛强度有所提高,塑性介于超细晶与粗晶纯钛之间。表面机械碾磨处理纯钛的拉伸应力-应变曲线具有双加工硬化指数特性;同时,随着应变的增加,其加工硬化率逐渐减小,初始屈服阶段的变形由梯度纳米/微米晶表层主导,后期变形由粗晶心部支配。断口形貌分析表明,表面机械碾磨处理纯钛的变形机制属于韧性断裂并伴有大量韧窝。基于裂纹尖端的塑性区尺寸分析可知,梯度纳米/微米晶表层由于具有较高的加工硬化指数及强度,使韧窝尺寸比粗晶心部的更加细小。

梯度纳米多晶铜纳米切削过程的分子动力学仿真

梯度纳米多晶金属材料具有优良的塑性和强度特性,适合作为微纳系统的制造材料,近年来逐渐成为研究热点。为研究梯度多晶材料的加工去除机理,采用Poisson-Voronoi方法建立大规模梯度多晶铜分子动力学模型,数值模拟梯度多晶铜的纳米切削过程,对比分析切割细晶层(过程1)和切割粗晶层(过程2)的切削力、缺陷和应力等参数。仿真结果表明,过程1的切削力明显小于过程2,而过程2的切削力波动较大。比较分析整个切削过程的缺陷数量和分布,发现过程2的缺陷数量高于过程1;分析刀具附近缺陷的形成过程发现,过程1的缺陷主要在刀具前形核并扩散,过程2的缺陷主要在刀具前和刀具底部形核并扩散;基于应力分析发现,过程2的范式等效应力大于过程1。本研究可为梯度纳米多晶铜的纳米切削机理提供参考。

未来汽车传动系统用梯度纳米孪晶Cu的微观变形机制分析

研究了未来汽车传动系统用梯度纳米孪晶Cu的微观变形机制。结果表明,不全位错与全位错机制的相互协调作用使得梯度纳米孪晶Cu具有独特的塑性变形特点,其中较细孪晶片层的存在对提高材料的强度有着非常重要的影响。

表面机械自身纳米化研究进展

棒状和板状金属材料是工程领域中应用广泛的金属型材。采用表面机械自身纳米化技术可以提高材料的力学性能和抗磨损性能。本文从表面机械自身纳米化的基本原理与制备技术、表面机械自身纳米化对材料性能的影响以及表面机械自身纳米化需要解决的主要问题等3个方面,介绍了表面机械自身纳米化研究工作取得的进展和发展方向。

表面纳米化对纯钛阳极氧化膜组织及特性的影响

通过表面机械研磨处理(SMAT)制备了表面梯度纳米晶结构,研究了表面纳米化对纯钛阳极氧化膜的表面组织及特性的影响。在30 V恒电位模式、0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中进行不同时长的阳极氧化处理。使用光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、光电子能谱及电化学测试研究氧化膜的表面特性及腐蚀抗性。结果表明,梯度纳米晶结构可以增加氧化膜的厚度,促进结晶行为,提高抗腐蚀性。阴阳离子空位凝聚机制能够解释梯度纳米晶结构对抗腐蚀性的影响。