纳米孪晶Cu中局部剪切应变诱导的退孪生行为

对择优取向纳米孪晶结构Cu样品进行室温轧制变形.微观结构研究发现,当变形压下量为15%时,样品中出现了与轧制方向呈30o~45°方向(最大剪切应力方向)分布的退孪生带.退孪生带中孪晶片层明显粗化,孪晶界上出现大量Shockley位错.塑性变形过程中较小应变时,纳米孪晶Cu中局部退孪生机制是协调局部剪切应变的主要机制.     

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。     

纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢的应变控制疲劳行为

利用动态塑性变形工艺制备块体纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢样品并研究其低周疲劳行为。应变控制疲劳测试发现,包含30%(体积分数)纳米孪晶结构的304奥氏体不锈钢具有优异的低周疲劳寿命和高循环应力水平,同时循环软化程度随应变幅增加而减弱,与传统纳米结构金属材料"应变幅愈高,软化程度愈明显"的趋势截然不同。优异的低周疲劳性能主要得益于高强度纳米孪晶晶粒优异的结构稳定性以及其与相邻再结晶晶粒协同塑性变形,有效抑制应变局域化和疲劳裂纹萌生。     

电解沉积过程中电流密度对纳米孪晶Cu微观组织的影响

以电解沉积纳米孪晶Cu为对象,研究电流密度对其微观组织的影响。结果表明,电解沉积过程中,纳米孪晶Cu表面为等轴晶粒,截面为柱状晶粒。随着电流密度的增加,晶粒尺寸减小。     

孪晶密度和温度对纳米孪晶钛力学性能的影响

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明：室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶粒的细化作用导致材料的强度提升。当孪晶密度大于临界孪晶密度时,孪晶界、晶界和两者交汇处的位错成核增殖成为材料变形的主导因素;且当孪晶密度远离临界值时,孪晶间隔变小、位错源增多,位错成核与增殖加剧,材料的强度降低。相同孪晶密度条件下,晶粒尺寸的减小会减少晶粒内孪晶界的数量,进而减少孪晶和晶界交汇处位错源的生成,增强了屈服强度。此外,温度的变化会影响原子的活跃程度和晶格的变形机制。随着温度的升高,原子间结合力下降,晶界附近原子结构无序化和HCP-BCC相变程度加剧引起材料的弹性模量、屈服强度下降,同时位错形核与运动的加剧影响了材料的塑性变形。     

孪晶对多晶铜疲劳行为的影响

对含有高密度孪晶的多晶铜进行了塑性应变幅控制下的疲劳实验.结果表明,塑性应变幅小于8.14×10-4时,孪晶对 疲劳行为的影响不大;塑性应变幅大于8.14×10-4时,孪晶的约束作用、孪晶界与位错的反应及孪晶中位错的特殊组态,使多晶 铜的循环饱和应力提高,硬化曲线中应力饱和平台区延长.     

纳米孪晶铜尺度效应的数值模拟

为了理解电解沉积纳米孪晶铜的拉伸变形行为,采用基于机制的应变梯度塑性理论对其拉伸变形进行数值模拟研究;提出孪晶薄层强化带的概念,并采用黏聚力界面模型模拟晶界的滑移和分离现象。采用的计算模型包含晶粒尺寸、弹性模量、塑性硬化指数、初始屈服应力和孪晶薄层分布等和尺度效应相关的一系列参数。计算结果有助于理解纳米孪晶铜的力学行为。     

纳米孪晶铜力学性能和尺度效应的研究

采用基于机制的应变梯度塑性的传统理论(CMSG),对具有不同尺寸的铜纳米晶粒及孪晶的应力-应变关系进行了有限元模拟.在分析中提出了孪晶薄层强化带的概念并用粘聚力模型模拟晶界的滑移和分离现象,给出了在单向拉伸条件下不同厚度孪晶薄层和不同材料参数对孪晶铜总体应力-应变关系的影响,同时也给出了晶粒中孪晶薄层取向分布对孪晶铜应力-应变关系的影响.数值模拟结果显示:随着晶粒尺寸和孪晶薄层间距的减小,应变梯度效应逐渐增强,材料强化效果越明显;孪晶薄层的取向分布对材料整体的力学性能有较大影响,并且随着晶粒及孪晶薄层间距的减小,孪晶薄层取向的影响也越来越小.最后,有限元计算结果与实验数据进行了对比分析.     

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。     

亚微米晶铜中孪晶对位错储存能力的影响

利用电解沉积技术制备出系列亚微米晶纯铜样品,并在样品中引入不同密度的纳米孪晶．室温轧制具有不同孪晶密度的纯铜样品,使样品中储存大量位错．结果表明,具有高密度纳米孪晶结构的纯铜样品,40％轧制变形可使其屈服强度从690MPa增加到850MPa;而无孪晶的亚微米铜样品的屈服强度在同样轧制变形条件下只从230MPa增加到330MPa．这表明具有高密度纳米孪晶结构的纯铜样品具有很高的位错储存能力．     

高密度纳米孪晶镍镀层的电化学腐蚀行为

利用脉冲电镀技术在Q235钢基体上制备了纳米孪晶镍镀层,分别测试了纳米孪晶镍镀层和铸态镍在pH8.4的硼酸缓冲溶液(O.1 mol/L H3BO3+0.025 mol/L Na2B4O7)中的动电位极化曲线.结果表明,两者在硼酸缓冲溶液中均能自钝化,并且前者具有较好的耐腐蚀和钝化性能.利用Mott-Schottky关系和点缺陷模型(PDM),分别从热力学和动力学两方面研究了纳米孪晶结构对钝化膜性能的影响,发现纳米孪晶结构对钝化膜中的缺陷密度影响较小,对缺陷在钝化膜中的扩散系数(Dm)却有着显著的影响,这是导致其上生长的钝化膜薄且致密、耐蚀性能好的主要原因.     

直流电沉积制备纳米孪晶Ni的显微组织分析

采用直流电沉积方法制备纳米孪晶Ni材料,并对其显微组织进行了分析。结果表明,7.35°本征间隙的存在,使得直流电沉积制备的五次纳米孪晶衍射花样以外的区域中,部分衍射斑发生了辟裂。由于相邻晶界宽化程度不同,相连接的区域极易产生缺陷,孪晶极易在此交接处形核,形成新的其它取向的孪晶。     

温度对纳米孪晶Al强化和软化行为的影响

纳米晶金属的超高强度和良好拉伸延展性的结合可以通过引入孪晶来实现,但温度对孪晶间距降低过程的强化-软化转变仍缺乏系统研究。本文采用分子动力学模拟方法考察了温度对纳米孪晶Al强化和软化行为的影响。结果表明：纳米孪晶Al变形过程存在临界温度T_s,当加载温度高于临界温度T_s时,随着孪晶间距的减少,纳米孪晶Al的强度呈现强化-软化转变的现象;当加载温度低于临界温度T_s时,呈现持续强化现象;而且随着晶粒尺寸的增大,发生持续强化的临界温度T_s升高。进一步研究表明,纳米孪晶Al在高温下(T>T_s)下的强化-软化转变机理与纳米孪晶Cu一致,是由不同的位错发射机制引起,位错由倾斜于孪晶界方向发射逐渐转变为平行于孪晶界方向发射;在低温下(Ts)的变形过程中,只有极少位错被激发,此时的持续强化行为由应变局域化主导,不同于纳米孪晶Cu在低温下的位错机制。     

孪晶铜中孪晶尺寸对疲劳位错组态的影响

对孪晶铜进行塑性应变幅控制下的疲劳实验,研究了不同宽度的孪晶内疲劳位错组态及演化过程．结果表明,孪晶宽度不同时,孪晶内的疲劳位错组态不同．当孪晶宽度大于1μm时,孪晶内疲劳位错组态与单晶中情况类似;孪晶宽度介于1μm到200nm之间时,位错形成类PSBs结构;孪晶宽度介于200nm到20nm之间时,孪晶内只能形成一些位错碎片;孪晶宽度小于20nm时,孪晶内没有稳定的晶格位错存在．     

液氮温度下动态塑性形变法制备的纳米孪晶铜结构的研究

利用透射电子显微镜,对液氮温度下动态塑性形变法（LNT—DPD）制备的块体纳米孪晶铜在不同形变量下的微观结构演变进行了研究．结果表明,经LNT—DPD处理后,Cu呈现复杂的微观结构特征：由高密度的纳米尺寸形变孪晶片层团簇、纳米晶组织和含有较高密度位错结构的粗晶组织交错分布组成;其形成机制可归因于形变孪晶与剪切带共同作用的结果．揭示了经LNT—DPD处理的Cu的超高拉伸强度与其微观结构的关系．     

孪晶片层厚度对纳米孪晶Cu疲劳性能的影响

通过恒应力幅控制拉--拉疲劳实验, 比较了脉冲电解沉积制备的不同孪晶片层厚度纯Cu样品的疲劳寿命和疲劳耐久极限. 结果表明: 在应力疲劳下, 样品的疲劳寿命与疲劳耐久极限均随孪晶片层厚度的减小而提高. 疲劳样品的宏观表面变形形貌(SEM观察)和微观结构(TEM观察)表明:
当平均孪晶片层厚度为85 nm时, 材料的塑性形变由位错滑移和剪切带共同承担, 进而疲劳裂纹沿剪切带萌生; 而当平均孪晶片层厚度为32 nm时, 材料的塑性形变由位错--孪晶界交互作用主导, 从而导致疲劳裂纹沿孪晶界形成.     

纳米孪晶金属塑性变形机制

本文综述了纳米孪晶金属材料的塑性变形机制.通过分析纳米孪晶二维结构变形时可启动的滑移位错类型,揭示纳米孪晶金属塑性变形的3种位错机制,即位错塞积并穿过孪晶界机制,Shockley不全位错诱导孪晶界迁移机制以及贯穿位错在孪晶片层内受限滑移机制.通过改变加载方向与孪晶界面的相对取向可实现这3类位错机制的可控转变.     

孪晶距对纳米钨力学性能影响的分子动力学模拟EI北大核心CSCD

为了研究孪晶间距的大小对纳米钨力学性能及变形机理的影响,利用分子动力学对不同孪晶间距的孪晶钨进行了单轴拉伸模拟。使用近邻列表技术(CNA)和位错分析方法(DXA)对拉伸过程中纳米钨的变形失效过程和微结构演化进行了表征分析,从而揭示孪晶间距对纳米钨力学性能影响微观机理。结果表明:孪晶钨变形过程中出现的相变、孪晶界的变形以及去孪晶化的现象会改变孪晶钨中裂纹的扩展方式,提高孪晶界的变形能力;而随着孪晶间距的减小即孪晶密度的增加,可变形的孪晶界增多,导致纳米孪晶钨的断裂应变增加。由于孪晶界中存在能量较高的相互作用的特殊三原子结构使纳米钨中更容易出现晶体缺陷,缺陷会在拉伸载荷作用下快速形成裂纹,导致晶体断裂失效,严重降低了纳米钨的屈服强度。此外,孪晶界的存在显著降低了几何必须位错的数量同时阻碍了位错的滑移运动,位错难以发射和运动,从而导致塑性变差。     

剧烈塑性变形对块体纳米金属材料结构和力学性能的影响

综述了剧烈塑性变形引起的块体纳米金属材料的结构和力学性能演变.以电化学沉积法制备的fcc结构纳米晶Ni-20%Fe(质量分数)合金为研究对象,通过对其进行不同应变量的高压扭转实验,系统分析了变形引起的结构和力学性能演变.结构表征结果表明:(1)变形引发纳米晶Ni-Fe合金晶粒旋转,实现晶粒长大.同时,晶粒长大过程伴随着位错密度、孪晶密度的演变;(2)存在一个最有利于变形孪晶生成的晶粒尺寸范围(45~100 nm),在这个晶粒尺寸范围之外,去孪晶起主导作用使原有的生长孪晶或变形孪晶消失;(3)位错密度是影响位错与孪晶反应的新的影响因素.当发生孪晶的晶粒内位错密度低时,位错可完全穿过孪晶界,部分穿过孪晶界,或被孪晶界吸收;发生孪晶的晶粒内位错密度高时,大量位错缠绕并堆积在孪晶界附近,形成应力集中,破坏孪晶界原有的共格性.为释放局部应力,将从孪晶界的另一侧发射不全位错形成层错和二次孪晶;(4)在塑性变形导致的晶粒长大过程中,原先偏聚于消失了的晶界上的C和S沿残留晶界扩散并继续偏聚于晶界上.结构与力学性能关系结果表明:随着应变量的增加,应变强化、应变软化交替出现.位错密度对硬度的演变起主导作用,其它结构演变(如孪晶密度的变化和晶粒尺寸变化)对硬度的演变起次要作用.