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层错能对面心立方金属形变机制与力学性能的影响

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金属学报 2023年第4期59卷 467-477页

作者：张哲峰李克强蔡拓李鹏张振军刘睿杨金波张鹏中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

层错能在面心立方(fcc)金属塑性变形和损伤过程中具有重要作用,本文主要总结了以下研究结果:(1)随层错能降低,fcc金属滑移方式逐渐从易于交滑移的波状滑移方式转变为平面滑移方式,直至发生变形孪生;(2)为了理解不同位错密度fcc金属中层... 详细信息

层错能在面心立方(fcc)金属塑性变形和损伤过程中具有重要作用,本文主要总结了以下研究结果:(1)随层错能降低,fcc金属滑移方式逐渐从易于交滑移的波状滑移方式转变为平面滑移方式,直至发生变形孪生;(2)为了理解不同位错密度fcc金属中层错能的变化趋势,采用有效层错能的概念,随位错密度增加,有效层错能也随之升高;(3)层错能降低不是决定fcc金属形变孪生发生的唯一因素,通过第一原理计算模拟滑移和孪生之间的竞争关系,建立了fcc金属形变孪生临界判据;(4)通过对高层错能、中等层错能以及低层错能fcc金属疲劳位错组态的实验观察和分析,总结了fcc金属中形成规则驻留滑移带的判定条件;(5)随Al含量增加,Cu-Al合金层错能降低导致平面滑移程度增加,其拉伸强度和均匀延伸率呈现同步提高趋势;(6)采用指数应变硬化模型可精确描述Cu-Al合金拉伸加工硬化过程,进而预测了不同合金成分和微观组织状态Cu-Al合金屈服强度-抗拉强度-均匀延伸率之间的定量关系;(7)随Al含量增加,Cu-Al合金疲劳强度升高;在相同应变幅下,随Al含量增加,其低周疲劳寿命也升高。表明合金成分明显影响fcc金属形变损伤机制及微观缺陷(位错、孪生)演变过程,进而显著影响fcc金属及合金拉伸性能和疲劳性能,这为通过合金设计和制备提高fcc金属力学性能及服役可靠性提供了实验证据和理论基础。

关键词：面心立方金属层错能滑移孪生强度塑性疲劳强度

镁合金LPSO/SFs结构间{1012}孪晶交汇机制的原子尺度研究

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金属学报 2023年第4期59卷 556-566页

作者：邵晓宏彭珍珍靳千千马秀良中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 河北科技大学材料科学与工程学院石家庄050018 广西科技大学电子工程学院先进物质结构研究中心柳州545006

以含长周期堆垛有序(LPSO)结构的Mg-Zn-Y(-Zr)合金为研究对象,运用透射电子显微方法,从原子尺度解析LPSO结构/富含溶质元素堆垛层错(SFs)对{1012}孪晶交汇行为的作用。结果表明:LPSO/SFs与孪晶交截处易形成基面-棱柱面,从而引起孪晶界在... 详细信息

以含长周期堆垛有序(LPSO)结构的Mg-Zn-Y(-Zr)合金为研究对象,运用透射电子显微方法,从原子尺度解析LPSO结构/富含溶质元素堆垛层错(SFs)对{1012}孪晶交汇行为的作用。结果表明:LPSO/SFs与孪晶交截处易形成基面-棱柱面,从而引起孪晶界在LPSO/SFs间弯曲成弓形,孪晶界存在Zn元素偏聚,Y元素偏聚不明显。LPSO/SFs间同轴{1012}孪晶变体交汇,引入基面-基面(BB)界面及柱面-柱面(PP)界面,且在近LPSO/SFs处产生三角形的局部基体结构。LPSO结构形成扭折时,{1012}孪晶在扭折界面单侧形核长大,此处扭折界面转为孪晶界面;残余扭折界面与基体侧孪晶扩展界面相交,在LPSO/SFs近邻处形成三角形的基体结构。LPSO/SFs/TSFs(孪晶层错)间不同孪晶变体形核,以及交汇引入的分割带来的Hall-Petch效应,可提升合金的硬化率。通过调控镁合金LPSO结构的间距和厚度引入不同孪晶变体,可为其优化性能提供新思路。

关键词：镁合金 LPSO结构孪晶球差校正扫描透射电镜原子尺度

新型耐热合金SP2215组织与性能的关联性

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金属学报 2023年第6期59卷 797-811页

作者：梁凯姚志浩谢锡善姚凯俊董建新北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

针对新型SP2215耐热合金,通过一系列持久及冲击实验,研究了其在不同温度和时间时效处理后组织与性能之间的关联性。结果表明,SP2215合金具有优良的高温组织稳定性,在时效过程中会析出富Cu相、MX相、NbCrN相和M_(23)C_(6)等多种纳米级析... 详细信息

针对新型SP2215耐热合金,通过一系列持久及冲击实验,研究了其在不同温度和时间时效处理后组织与性能之间的关联性。结果表明,SP2215合金具有优良的高温组织稳定性,在时效过程中会析出富Cu相、MX相、NbCrN相和M_(23)C_(6)等多种纳米级析出相。在时效早期,随着时效温度升高和时效时间的延长,析出相迅速增多,由于析出相的强化作用,合金的强度迅速增加;同时,合金的冲击韧性显著降低,并发生沿晶断裂,JMA相变动力学模型定量计算表明其主要与M_(23)C_(6)碳化物在晶界的连续析出与长大有关。在时效后期,析出相逐渐保持稳定,无有害相析出,晶粒度始终保持在4.5~5级,优异的高温组织稳定性使得SP2215耐热合金在时效后期具有稳定的力学性能,650和700℃的1×10^(5) h持久强度分别达到120和70 MPa级别,可实现对HR3C、Super304H等同类耐热合金的国产替代。

关键词： SP2215耐热合金长期时效析出相持久强度性能

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渣-金界面气泡夹带行为数值物理模拟

金属学报 2023年第11期59卷 1523-1532页

作者：周小宾赵占山汪万行徐建国岳强安徽工业大学冶金工程学院马鞍山243032 日照钢铁控股集团有限公司ESP制造部日照276806

利用物理模拟和数值模拟研究气泡和熔渣不同物性参数对气泡在渣-金界面夹带量的影响。研究结果表明,影响气泡夹带量和渣-金界面面积的主要因素是气泡直径,其次是渣层密度,渣黏度和界面张力对气泡夹带影响相对较小。气泡初始直径由10 mm... 详细信息

利用物理模拟和数值模拟研究气泡和熔渣不同物性参数对气泡在渣-金界面夹带量的影响。研究结果表明,影响气泡夹带量和渣-金界面面积的主要因素是气泡直径,其次是渣层密度,渣黏度和界面张力对气泡夹带影响相对较小。气泡初始直径由10 mm增大到16 mm,气泡夹带量增大了7.41倍,渣-金界面面积增量最大值增大3.67倍。渣层密度由2000 kg/m^(3)增大到5000 kg/m^(3),气泡夹带量增大了62.3%,渣-金界面面积最大值增大了13.1%。渣-金界面张力和黏度增大,气泡夹带量和渣-金界面面积均降低。渣-金界面张力从0.65 N/m增大到1.10 N/m,气泡夹带量减小了30.6%,渣-金界面面积最大值减小6.4%。渣层黏度由0.05 Pa·s增大到2.0 Pa·s时,气泡夹带量降低18.4%,渣-金界面面积最大值减小10.2%。

关键词：渣-金界面气泡夹带界面张力数值模拟物理模拟

深潜器耐压壳用钛合金保载疲劳服役可靠性研究进展

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金属学报 2023年第6期59卷 713-726页

作者：张滨田达宋竹满张广平东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

深海潜水器耐压壳材料的服役可靠性直接关乎深潜器的作业安全,钛合金因其优异的深海环境服役性能成为制造深潜器耐压壳的关键材料。本文从深潜器用钛合金的种类出发,详细介绍了钛合金室温蠕变、低周疲劳及保载疲劳等主要失效形式的最新... 详细信息

深海潜水器耐压壳材料的服役可靠性直接关乎深潜器的作业安全,钛合金因其优异的深海环境服役性能成为制造深潜器耐压壳的关键材料。本文从深潜器用钛合金的种类出发,详细介绍了钛合金室温蠕变、低周疲劳及保载疲劳等主要失效形式的最新研究进展,归纳了钛合金保载疲劳的主要影响因素、微观损伤机制及寿命预测模型,以期为新型高强低保载效应的高性能钛合金研发提供参考。最后,提出了目前深潜器用钛合金构件服役可靠性评价亟待解决的若干问题和未来的研究方向。

关键词：深潜器钛合金保载疲劳服役可靠性

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基于随机森林算法的泥页岩岩相测井识别

地球科学 2023年第1期48卷 130-142页

作者：王民杨金路王鑫李进步徐亮言语中国石油大学深层油气重点实验室山东青岛266580 中国石油大学地球科学与技术学院山东青岛266580

泥页岩岩相识别是页岩油空间分布及勘探目标预测的一项重要工作,受地层非均质性及测井信息冗余的制约,基于测井响应方程的岩相识别十分困难.本文建立了一种基于随机森林算法的岩相识别模型,使用SHAP方法量化测井参数重要性.结果表明:随... 详细信息

泥页岩岩相识别是页岩油空间分布及勘探目标预测的一项重要工作,受地层非均质性及测井信息冗余的制约,基于测井响应方程的岩相识别十分困难.本文建立了一种基于随机森林算法的岩相识别模型,使用SHAP方法量化测井参数重要性.结果表明:随机森林算法可以很好地识别泥页岩岩相,其准确率高于支持向量机、KNN和XGBoost,并且对数据集中岩相类别不均衡的分类问题更加有效;对模型识别岩相最重要的前3项测井参数是自然电位、井径和声波时差;该模型可快速识别单井岩相,再根据总孔隙度、游离烃S_(1)、TOC等参数可确定有利岩相类型,进而确定研究区有利岩相分布,为后续“甜点”预测提供依据.

关键词：随机森林机器学习测井岩相识别泥页岩

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地热水中多种甲基硫代砷酸盐的同时定量测定

地球科学 2023年第3期48卷 1138-1145页

作者：郭清海孟越严克涛中国地质大学自然资源部深部地热资源重点实验室湖北武汉430078 中国地质大学环境学院湖北武汉430078

地热水中的砷含量常远超过其他类型天然水体,其形态分析具有重要环境地球化学意义;甲基硫代砷酸盐在特定水环境条件下可能成为砷的一种不可忽视的形态,但其环境地球化学研究几为空白.本研究合成了甲基硫代砷酸盐标准,建立了可同时定量... 详细信息

地热水中的砷含量常远超过其他类型天然水体,其形态分析具有重要环境地球化学意义;甲基硫代砷酸盐在特定水环境条件下可能成为砷的一种不可忽视的形态,但其环境地球化学研究几为空白.本研究合成了甲基硫代砷酸盐标准,建立了可同时定量测试天然水中多种甲基硫代砷酸盐(包括一甲基一硫代砷酸盐、一甲基二硫代砷酸盐、一甲基三硫代砷酸盐、二甲基一硫代砷酸盐、二甲基二硫代砷酸盐)及砷的其他常见形态的离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用系统(IC-ICP-MS)及其方法,并分析了典型地热水样品中砷的形态分布,可为今后不同类型水环境中甲基硫代砷酸盐的地球化学研究奠定分析方法基础.

关键词：地热水甲基硫代砷酸盐定量分析 IC-ICP-MS 地下水地球化学

鄂尔多斯盆地陇东地区长7页岩油储层天然裂缝发育特征与控制因素

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地球科学 2023年第7期48卷 2589-2600页

作者：杜晓宇金之钧曾联波李士祥刘国平梁新平陆国青北京大学能源研究院北京100871 北京大学地球与空间科学学院北京100871 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京100083 中国石油大学(北京)地球科学学院北京102249 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院陕西西安710018

鄂尔多斯盆地陇东地区长7页岩油储层天然裂缝类型多样,裂缝是影响页岩油富集和产能的关键因素.为了指导该地区的勘探开发,综合利用野外露头、岩心、薄片、成像测井等资料,分析天然裂缝的成因类型和发育特征.研究区的天然裂缝按照成因可... 详细信息

鄂尔多斯盆地陇东地区长7页岩油储层天然裂缝类型多样,裂缝是影响页岩油富集和产能的关键因素.为了指导该地区的勘探开发,综合利用野外露头、岩心、薄片、成像测井等资料,分析天然裂缝的成因类型和发育特征.研究区的天然裂缝按照成因可分为构造裂缝、成岩裂缝和异常高压裂缝三大类,其中构造裂缝主要包括高角度剪切裂缝、低角度剪切裂缝和张裂缝;成岩裂缝以层理缝为主,发育少量缝合线;异常高压裂缝发育较少.在此基础上进一步研究影响裂缝发育的控制因素,研究表明构造裂缝主要受到岩性、岩石力学层厚度和构造应力场的控制,层理缝的发育程度与有机碳含量和纹层有关,异常高压裂缝主要受异常高压的影响.

关键词：页岩油天然裂缝发育特征控制因素鄂尔多斯盆地石油地质学.

短程有序对高层错能Cu-Mn合金拉-拉疲劳变形行为及损伤机制的影响

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金属学报 2022年第9期58卷 1208-1220页

作者：韩冬张炎杰李小武东北大学材料科学与工程学院材料物理与化学系沈阳110819 东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819

以不同Mn含量的高层错能Cu-Mn合金为研究对象,在恒应力幅控制下系统研究了短程有序对其拉-拉疲劳变形行为及损伤机制影响的规律和微观机理。结果表明,随着短程有序度的增加,微观变形机制由位错的波状滑移逐渐转变为平面滑移,疲劳裂纹萌... 详细信息

以不同Mn含量的高层错能Cu-Mn合金为研究对象,在恒应力幅控制下系统研究了短程有序对其拉-拉疲劳变形行为及损伤机制影响的规律和微观机理。结果表明,随着短程有序度的增加,微观变形机制由位错的波状滑移逐渐转变为平面滑移,疲劳裂纹萌生模式由倾向沿晶开裂转变为沿滑移带开裂,合金的拉-拉疲劳寿命显著提高。上述影响在宏观上表现为Basquin关系中疲劳强度系数(σ^(')_(f))和疲劳强度指数(b)的同步增大。分析表明,σ^(')_(f)的增大主要归因于Mn元素的固溶强化和位错平面滑移所引起的加工硬化能力的增强;而b的增大则源于位错平面滑移表现出的更高的变形均匀性和滑移可逆性。

关键词： Cu-Mn合金短程有序层错能疲劳位错滑移方式位错结构