W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用

通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMatPro 6.5计算,利用SEM、EBSD和XRD分析W含量对热处理态锭坯显微组织(如晶粒尺寸、退火孪晶、γ′强化相及错配度)的影响,测试分析不同温度下合金的拉伸性能,通过经验公式量化分析各强化机制对合金室温屈服强度的贡献情况。结果表明,随着W含量增加,γ基体层错能明显降低,热处理态退火孪晶界Σ3数量增多;W促使晶内一次γ′强化相由立方状加速粗化为固态枝晶状,对γ′总量和二次、三次γ′的影响不大;W进入γ基体产生晶格畸变的程度大于γ′强化相,使得γ′/γ错配度呈下降趋势;W有助于提高室温和650~800℃拉伸强度,但略微降低塑性;W主要起固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化作用,其中固溶强化贡献相对最低,固溶强化时以强化γ基体为主,γ基体固溶强化和γ/γ′共格应变强化效果随W含量增加而减弱,W含量为6.1%时晶界强化效果最大;固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化贡献值总和不足室温屈服强度实测值的50%,合金以γ′相沉淀强化为主,测试值和计算值较为吻合。

孪晶结构Cu纳米线塑性变形机制的分子动力学模拟研究

孪晶结构的金属纳米线因具有优异的力学性能而受到广泛关注,然而之前的研究对象都为孪晶界垂直于纵轴的孪晶结构纳米线.本文采用分子动力学模拟的方法,研究了孪晶界平行于纵轴方向的Cu纳米线的力学行为.结果发现纳米线的屈服应力随孪晶厚度的减小而不断增大,表明孪晶厚度减小对孪晶结构的Cu纳米线的强度具有显著强化效应.此外,孪晶结构Cu纳米线的塑性变形机制受孪晶厚度的影响.当孪晶厚度>3个原子层时,它们的塑性变形由Shockley偏位错与孪晶界相交主导;当孪晶厚度减小到3个原子层时,Cu纳米线的塑性变形通过晶格畸变和原子重排导致新的晶粒形成来实现.

FCC金属中位错与孪晶界交互作用的原子机制

如何同时提高FCC结构金属材料的强度、延展性等力学性能,一直是材料科学领域的重点和热点问题。研究者们发现在FCC结构金属材料中引入孪晶结构可使其在塑性变形过程中表现出优异的强度、延展性等力学性能。随后,大量的实验及计算模拟研究了孪晶能够提高材料强度并确保其具有高延展性的原子机制,取得了许多重要的成果。本文介绍了FCC结构金属材料中孪晶的结构及形核方式;综述了目前人们在位错与孪晶界交互作用原子机理研究中的主要进展;总结了孪晶界对位错的阻碍、吸收、相互反应等作用机制。为进一步深入研究位错与孪晶界交互作用的机制提供参考,为设计兼具高强度高延展性的FCC金属材料提供思路。

高温合金GH4169的动态再结晶和组织演化机制

应用Gleeble热模拟技术、EBSD、SEM和OM系统地研究了高温合金GH4169在温度为1000~1150℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)条件下变形的动态再结晶机制和组织演变规律。结果表明:在1000~1150℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)条件下高温合金GH4169的变形抗力最高可达400 MPa;基于动态材料模型绘制出此合金的功率耗散图和流变失稳图,得到了该合金优化的加工区间变形参数为1020~1070℃和0.03~0.63 s^(-1)。分析GH4169在变形过程中动态再结晶演化规律,明确了动态再结晶晶粒以在原奥氏体晶界处的非连续动态再结晶为主,连续动态再结晶以亚晶持续旋转机制形核。还确定了Σ3n非共格孪晶界演变规律,动态再结晶晶粒的体积分数比越大晶粒越细小Σ3晶界密度越高,动态再结晶晶粒的长大优先于Σ3n非共格孪晶界的形成。