微量稀土对奥氏体耐热钢高温力学性能的影响

研究了微量稀土对Cr21Ni11N奥氏体耐热不锈钢高温热塑性及高温持久性能的影响。结果表明：在750~1250℃范围内,稀土显著提高耐热钢的热塑性,消除800℃的塑性低凹区,扩宽安全热加工温度范围近75℃。稀土显著延长耐热钢的高温持久寿命约3~5倍,并提高持久断裂塑性。钢中添加稀土后,其蠕变断裂机制由楔形裂纹为主的机制逐渐转变为空洞裂纹为主的机制,高温持久断口附近的楔形裂纹明显减少,且断口呈典型的韧窝状塑性断口特征。

纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金的拉伸力学性能

研究了纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金在拉伸过程中塑性变形产生的空洞裂纹的演化进程与其拉伸力学性能的相关性,比较了服役温度和平均晶粒尺寸对纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金和纳米晶Ni的拉伸力学性能、微结构演化以及位错总长的影响。结果表明:服役温度从低温10 K升到高温1000 K时多晶CoNiCrFeMn高熵合金比单晶CoNiCrFeMn高熵合金屈服应力的降幅分别为14.9%、13.1%和17.4%;多晶Ni比单晶Ni屈服应力的降幅分别为38.9%、30%和32.3%。同时,随着服役温度的提高,纳米晶高熵合金和纳米晶镍的弹性模量和屈服强度呈线性下降趋势。晶界缺陷诱导的内应力和空洞裂纹缺陷,使多晶镍的屈服应力比单晶高熵合金百分比的降幅更大;空洞裂纹缺陷的产生和其外形尺寸改变是材料服役力学性能急剧下降以及纳米晶高熵合金和纳米晶镍拉伸力学性能显著差异的根本原因。拉伸载荷使多晶材料晶粒内先产生极多的内秉堆垛层错,且随着温度的升高大晶粒易分化出细小晶粒并出现晶粒细化的纳观现象。同时,受内应力的诱导多晶高熵合金和多晶镍更易在晶界边缘产生新位错,且位错分布与内应力分布的趋势一致;随着温度的升高热胀冷缩使多晶材料的晶界范围进一步扩张,使应力的分布区域比在低温下更大。

晶体相场模型及其在材料微结构演化中的应用

随着计算机技术的快速发展,计算机模拟实验在材料科学中的作用越来越突出。计算机数值模拟技术已经和实验观测、理论模型分析并称为20世纪以来的三大科学研究方法。本文首先简要地从空间特征分辨尺度和时间特征尺度比较了几种重要的计算模拟方法——分子动力学(MD)、传统相场方法(TPF)和晶体相场(PFC)方法的各自适应的特征尺度范围和特点。在模拟纳观尺度的材料微结构演化,PFC在特征时间尺度上更具优势。其次,介绍了PFC模型,及其建立的物理基础和数学基础,以及该方法的特色优势。同时,介绍该PFC模型的拓展与推广,包括二元和多元体系、气-液-固三相体系、双模和多模体系的PFC模型,以及求解PFC模型的动力学方程数值计算的关键技术与主要步骤。再次,结合作者在材料微结构演化方面的研究,着重介绍PFC模型的几个重要方面的应用例子,包括材料纳观缺陷结构演化、凝固的枝晶生长和晶体外延生长、高温预熔化变形和动态回复、纳观尺度的裂纹扩展与分叉、无序-有序金属玻璃转变、石墨烯的缺陷结构、金属互联线电迁移空洞、多铁复合材料的畴结构、金属泡沫结构的生成等。最后,总结并指出PFC模型的拓展方向与今后应用的重点方面和新领域。