原子团簇尺寸对Al-Cu-Mg合金疲劳过程中滑移带形成及裂纹扩展行为的影响

通过透射电镜(TEM)、原子探针(APT)等分析手段,研究了不同时效态Al-Cu-Mg合金中原子团簇对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:自然时效态试样只含有小尺寸原子团簇(<100个原子),而170℃人工时效态试样出现大尺寸原子团簇(>100个原子),且随着时效时间的延长,大尺寸原子团簇逐渐增多,并在170℃/8 h态开始析出少量S′相。小尺寸原子团簇对位错滑移的阻碍作用较小,在裂纹扩展过程中形成了较多的滑移带,裂纹沿滑移带扩展,表现出较高的裂纹扩展速率;随着团簇尺寸的增大,延缓了Al-Cu-Mg合金在疲劳过程中的溶解和强化效应的衰减,限制了裂纹前端滑移带的形成,显著降低了裂纹扩展速率;S′相的析出阻止了位错往复滑移并减少了裂纹闭合效应,表现出较高的疲劳裂纹扩展速率。170℃/1 h态合金中大尺寸原子团簇数量密度较高,且没有析出S’相,因此具有较优的抗疲劳裂纹扩展性能。

驻留滑移带与晶界和孪晶界的交互作用

对含有退火孪晶的多晶铜进行了不同塑性应变幅下的应变疲劳实验,利用扫描电镜及其电子通道衬度技术(SEM-ECC)观察了表面滑移形貌、疲劳裂纹和位错组态,研究了驻留滑移带与晶界和孪晶界的交互作用．结果表明,在晶界附近和远离晶界处观察到位错组态分布的不均匀现象．这种不均匀性导致多晶铜中疲劳裂纹首先沿着普通大角晶界开裂,在孪晶界处由于应变相容性较好而难以产生疲劳裂纹．

利用动态DSPI及其时域位相分析研究Portevin-Le Chatelier滑移带

Portevin-LeChatelier(PLC)效应是一种典型的塑性失稳现象.我们提出了一种新方法对合金材料中的PLC效应进行直接的观察和定量化的研究.这种方法的原理基于干涉散斑图样的位相差是一个与时间相关的单调函数.当PLC效应发生的时候,干涉散斑图序列被高速采集记录下来进行时域位相分析,同时通过动态散斑干涉法补偿位移.利用这种方法可以得到PLC滑移带及周围区域沿拉伸方向的位移分布并估算由滑移引起的试件的伸长.

土工合成材料加筋边坡滑移带的模拟分析

用有限元分析方法和图形可视化技术,计算生成加筋边坡的剪切破坏带,模拟边坡破坏的渐进过程,结合与加筋土平面应变直剪试验以及加筋边坡离心模型试验结果的比较,研究加筋边坡的滑移带形态.结果表明加筋边坡呈现出与素土边坡不同的破坏形态,筋材拉伸模量和加筋密度不同,剪切滑移带形态也不相同.随着筋材拉伸模量和加筋层数增大,边坡的滑动屈服带宽度增宽并向边坡内移动;加筋层增加到某一密度时,剪切屈服带将出现在地基中;与未加筋边坡相比,加筋边坡上部较难出现塑性破坏,顶部不易出现裂缝;同时,加筋边坡延性提高,坡顶塌滑程度趋缓.

双滑移取向Cu单晶的循环形变行为──Ⅱ．滑移带和形变带

用光学显微镜和扫描电镜研究了双滑移取向（［０３４］，［１１７］）Ｃｕ单晶循环饱和后的表面形貌，塑性分切应变幅（γｐｌ）低于１０^（－３）时，［０３４］晶体表面上要为主滑移系的驻留滑移带（ＰＳＢｓ）占据，次滑移只在边缘区域启动，其ＰＳＢｓ细窄（＜１μｍ），体积百分数在１％以下．γｐｌ＞１０^（－３）时，次滑移开始在试样的中部启动，同时，表面出现二种贯穿晶体的宏观形变带（ＤＢＩ，ＤＢＩＩ），滑移带在形变带内集中．［１１７］晶体在γｐｌ＝４．４×１０^（－４）时，双滑移现象已十分明显．γｐｌ＞１０^（－３）时，表面也形成与前者相似的形变带．ＤＢＩ的惯习面与主滑移面平行（［０３４］晶体）或接近（［１１７］晶体），ＤＢＩＩ的惯习面则与前者垂直，文章讨论了形变带形成的可能原因．

基于微缺陷累计成核数序列的岩石边坡滑移带尺度增长预测

岩石边坡滑移带是一个微损伤聚集带,每一个微损伤实际为一个微缺陷成核,因此,存在累计微缺陷成核数与滑移带尺度增长的对应关系.这个关系以裂纹系统的最大尺度cmax作为未知量,需要确定的参数有材料颗粒尺度δ,微裂纹尺-频分布分维数Dc,裂纹表面粗糙度分维数Ds,微裂纹总数Nd以及微缺陷成核累计数Nd.通过对边坡数值模拟微裂纹系统的统计分析,发现该尺度增长模型的预测值与实测值吻合较好.微缺陷成核数序列与声发射序列有较多的相似性,因此,研究结果为预测边坡内部裂纹增长提供了参考.

高密度脉冲电流对Cu单晶体驻留滑移带的影响

对含驻留滑移带（ＰＳＢ）的 ［１２３］取向的疲劳 Ｃｕ单晶体，进行了高密度脉冲电流处理结果表明，高密度脉冲电流处理产生的热压应力改善了ＰＳＢ－基体界面的应力集中状态，使驻留滑移带局部消失理论计算同时表明，高密度脉冲电流处理能提高 Ｃｕ单晶疲劳寿命．

低碳钢滑移带的实验观测

针对一些文献对低碳钢滑移带描述的不准确性以及实验教学的需要,提出一种观测低碳钢滑移带的实验方法.该方法采用数字图像相关技术提取低碳钢试件在单向拉伸过程中的表面位移场和应变场,直观的显示出滑移带产生和传播的过程.实验教学表明,该实验不但能有效地揭示低碳钢滑移带的特性,而且还能激发学生的科研兴趣,教学效果良好,值得推广.

中温回复下疲劳Cu单晶体驻留滑移带的演变

恒塑性应变幅循环加载条件下,单滑移取向的Cu单晶体出现驻留带(Persistent Slip Bands,PSBs)。在铜的(0.3～0.5)TmK中温回复区内,对疲劳Cu单晶进行不同温度和时间的真空保温处理,观察PSBs结构在热激活条件下的变化及材料的寿命估计。结果显示,中温回复过程中,由于弹性力、渗透力与林位错阻碍力的交互作用促使PSBs中的位错通过空位的放出和湮灭而运动,并使PSBs的位错墙由弯曲到变细最后分段消失,位错密度快速下降。中温回复后材料寿命得到延长。

疲劳Cu单晶驻留滑移带演化的观察及其应力场的计算模拟

利用扫描电镜电子通道衬度技术,对单滑移取向下,疲劳过程中Cu单晶从基体脉络位错结构到驻留滑移带(PSBs)位错结构的演化进行了观察.观察表明,PSBs的形成可以分为4个阶段,即脉络、通路、萌芽、真正形成完整的PSB位错结构.对以上4个阶段中典型位错结构的演化进行了模拟,并利用三维离散位错静力学方法给出了PSBs演化过程中典型位错结构内应力场的分布,相应地,利用有限元方法计算了外应力场的分布.结果表明:在从基体脉络位错结构到PS-Bs位错结构的演化过程中,内应力的分布是不均匀的.在通路和萌芽的尖端平均内应力没有太大的变化,而此处的平均外应力却比其他区域高,外应力提供了通路和萌芽长大的驱动力.在PSBs与基体边界处,内应力和外应力的值都急剧变化,因此存在切应变的不连续,积累到一定程度就会出现裂纹.

铜单晶驻留滑移带演化的实验观察与形成机制

在室温下采取恒塑性应变幅控制研究了单滑移取向[123]铜单晶体的循环形变过程.塑性应变幅为1×10_(-3).通过扫描电子显微镜-电子通道村度(SEM-ECC)技术对同一试样在不同循环周次进行疲劳过程位错组态演化,以及驻留滑移带(PSB)的形成和它的表面形貌观察.对比了不同周次的位错组态,从而把疲劳过程的早期位错演化分为主滑移平面上的主刀型位错和基体位错墙间的螺型位错段起主要作用的两个阶段.同时也提出了一个关于PSB形成的可能机制:当基体位错墙的间距与墙的宽度都达到一临界值时,由于基体位错墙两边的螺型位错段对基体位错墙施加不平衡的作用力,当此力达到临界值时导致基体位错墙的连锁性破坏,从而形成驻留滑移线(PSL).随着循环周次的增加,与PSL相邻的螺型位错段继续作用而最终导致PSB的形成.

低碳钢等多晶材料试样的滑移带形式

低碳钢等多晶材料的试样在单向拉伸时,表面出现滑移带.一些参考文献中将单向拉伸的滑移带画成网格状,是不准确的.拉伸试样屈服时,不出现网格状的滑移带.建议作相应修改.

金属冷塑性变形滑移带样品制备及实验运行

选择黄铜、工业纯铁进行滑移带观察样品的制备。黄铜的压缩率控制在3%～4%即可,可以观察单滑移、多(复)滑移现象;工业纯铁主要观察交滑移现象,压缩率控制在5%～6%。实验课程的运行过程中,还可以选择铝合金固溶处理后的样品,采用锤击的简单形式由同学自己亲自制备滑移带样品,可以起到更好的实践锻炼作用。

疲劳Cu单晶驻留滑移带的演化及其内应力场

利用扫描电镜电子通道衬度（ＳＥＭ－ＥＣＣ）技术，对单滑移取向疲劳Ｃｕ单晶从基体脉络位错结构到驻留滑移带（ＰＳＢｓ）位错结构的演化进行了观察．且对这个演化过程中典型的位错结构进行了模拟计算，给出了ＰＳＢｓ演化过程中典型位错结构内应力场的分布．结果表明：在从基体脉络位错结构到ＰＳＢｓ位错结构的演化过程中，内应力的分布是不均匀的，位错密集区域（基体脉络和ＰＳＢｓ墙中）比位错贫乏区域（通道中）平均内应力分布相对集中，ＰＳＢｓ夹层与基体相比平均内应力的分布相对较弱，ＰＳＢｓ与基体边界处存在很大的应力差．由观察和计算结果对ＰＳＢｓ演化给出了一个新的可能的演化机制．

多晶拉伸试样表面各晶粒滑移带研究

采用建立在晶体塑性理论基础上的晶体塑性有限变形计算方法,针对多晶铜试样单轴拉伸过程中晶体滑移造成试样的滑移痕迹进行了数值研究,并对拉伸过程中材料内部的应力、应变的不均匀分布进行了初步统计分析.利用三维有限元模拟多晶铜试样的拉伸变形,通过晶体塑性滑移面与试样观察面交线的几何分析,得到了不同滑移系启动造成的多晶试样观察面滑移痕迹.所得结果表明,将建立在连续滑移描述基础上的晶体塑性理论运用于数值模拟,能够较合理地呈现多晶试样拉伸的表面滑移带痕迹,能够考虑材料内部结构不均匀而引起的宏观响应.

循环变形铜单晶体的滞后回线形状变化与驻留滑移带的萌生

本文系统测量并总结了不同类型双滑移取向铜单晶体在循环变形中滞后回线形状参数VH随循环周次N的变化关系．结果表明，与单滑移晶体不同，晶体取向对双滑移晶体的滞后回线形状变化趋势有显著的影响．VH与驻留滑移带（PSB）的形成有无明显对应关系与该取向单晶体的循环应力－应变（CSS）曲线有无平台区或准平台区出现密切相关．VH随N的变化关系反映了晶体在循环变形中微观组织结构的不同变化．通过VH确定了不同类型双滑移取向铜单晶体的PSB萌生应力，并对其进行了比较和探讨．

Cu单晶体驻留滑移带的形成与消失

在循环加载条件下,单滑移取向的Cu单晶体首先出现驻留滑移线(PSL),然后随着循环周次的增加转变为驻留滑移带(PSB),在不同温度、不同时间条件下对疲劳Cu单晶进行真空退火处理,观察PSB结构在热激活条件下的变化情况,结果表明,退火处理过程中由于空位浓度差异所产生的渗透力促使位错运动,并使PSB的某些部位逐步细化,以至消失,实现了PSB的分段相消,在退火过程中由于应变能的逐步释放,未观察到再结晶现象。

基于表面形貌的裂纹萌生阶段滑移带表征

目的研究WaspaloyTM镍基高温合金在裂纹萌生阶段的表面形貌特征,找出最优表面形貌参数用以表征此阶段的滑移带特征。方法对WaspaloyTM镍基高温合金试样先机械抛光,然后采用标准金相技术分别进行电解抛光和化学蚀刻,得到两种不同的表面状态。对试样进行低周疲劳试验获得疲劳寿命,并采用透射电子显微镜(TEM)和三维表面轮廓仪,观测分析WaspaloyTM镍基高温合金在电解抛光和化学蚀刻处理后的表面形貌以及裂纹萌生阶段的表面形貌和滑移带特征。对测得的表面形貌参数进行方差分析和自助抽样统计计算,找出最优参数。结果试样在经过电解抛光和化学蚀刻后,三维表面形貌S_a(表面算数平均偏差)分别是0.72 nm和13.3 nm,试样疲劳寿命分别为800和700。两种制备状态下的样品,算术平均高度增量(ΔS_a=S_a(N)-S_a(N0))的差异非常小,且ΔS_a随疲劳加载周期(N)的增加而增加,当N>100后,ΔS_a随N增加的速率减小。结论电解抛光后的表面质量更好,且表面质量越好,疲劳寿命越高。ΔS_a与表面制备方法无关,ΔS_a越大,表面越粗糙。经方差分析和自助抽样法计算分析,表面最大峰值(Sp)是最优表面形貌参数,该参数可用于区分滑移带内的损伤晶粒和未损伤晶粒。

持续滑移带的物理损伤效应对Al单晶体裂纹启裂的影响

本文研究了在纯Al单晶样品的两个特殊面(包含动作Burgers矢量的S面和与Burgers矢量成最小夹角的T面)上由循环形变引起的裂纹启裂过程,疲劳试验结果表明,在循环形变过程中,S面上没有形成表面持续滑移带,但有很多微裂纹产生,裂纹较短,平均长度约为10μm,近似沿一个方向分布,与动作Burgers矢量垂直,而T面上裂纹的形貌大致与以前的工作相同。通过扫描超声显微镜观察,发现在S面上的疲劳损伤要比T面上的深得多,为此,作者提出了裂纹启裂的孔洞模型及持续滑移带形成模型。

塑性材料滑移带形成及动态观察实验设备研制及教学应用

为了促进实验教学与理论教学紧密结合,提升教学效果,拟开展金属冷塑性变形滑移带动态观察实验,设计并研制了一套用于该实验的设备。该设备集滑移带形成、动态显示、存储三功能于一体,具有方便快捷、操作简单、便于维护、体积小、成本低、无安全隐患等优点,已成功用于实验教学,师生一致反馈教学效果良好。该设备的研制与应用,对于提高教学质量、培养学生创新实践能力、提升教师研发能力和促进实验室建设等方面均具有重要的意义。