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原位透射电镜在纳米多孔金原子尺度变形研究中的应用

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电子显微学报 2023年第4期42卷 515-525页

作者：赵晓然江俊楠储淑芬兰永鑫刘攀上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

纳米多孔金(NPG)具有高曲率、高比表面积的结构特征,且比强度较高,作为一种结构功能一体化材料受到广泛关注。然而,影响NPG实际应用的最大障碍之一是其在拉伸作用下内部单根韧带失效导致的塑性失稳。过去的研究主要集中在宏观力学实验... 详细信息

纳米多孔金(NPG)具有高曲率、高比表面积的结构特征,且比强度较高,作为一种结构功能一体化材料受到广泛关注。然而,影响NPG实际应用的最大障碍之一是其在拉伸作用下内部单根韧带失效导致的塑性失稳。过去的研究主要集中在宏观力学实验的研究,无法直接观察单根韧带的塑性变形行为。随着原位透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)的发展,已具备从原子尺度研究NPG中单根韧带塑性变形过程的能力,这对理解NPG变形机理进而合理设计制备高塑性纳米多孔结构金属具有重要意义。本文主要以近几年利用球差校正透射电子显微镜(Cs⁃corrected TEM)原位原子尺度研究NPG塑性变形的系列工作为例,简要综述了NPG单根韧带在塑性变形过程中位错运动(攀移和滑移)和表面原子扩散行为的最新进展,并对纳米结构金属材料的未来研究进行了展望。

关键词：纳米多孔金原子尺度原子扩散位错攀移位错滑移原位TEM

反应堆压力容器材料压缩蠕变性能及变形机制研究

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压力容器 2022年第7期39卷 1-6,14页

作者：陶贤超高永建赵鹏胡靖东宫建国轩福贞华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 上海核工程研究设计院有限公司上海200233

严重事故工况下,反应堆压力容器底封头内侧区域承载高温、压缩应力的共同作用,其压缩蠕变行为及微观变形机制是需要考虑的重要内容。基于此,开展了不同温度(600,700℃)、应力条件下SA-508材料的压缩蠕变试验,结合微观表征手段,分析了材... 详细信息

严重事故工况下,反应堆压力容器底封头内侧区域承载高温、压缩应力的共同作用,其压缩蠕变行为及微观变形机制是需要考虑的重要内容。基于此,开展了不同温度(600,700℃)、应力条件下SA-508材料的压缩蠕变试验,结合微观表征手段,分析了材料的压缩蠕变变形机制。结果表明,压缩蠕变曲线表现为两阶段特征,未出现蠕变加速阶段;600℃时,随着应力水平的不断降低,压缩蠕变变形机制由位错攀移转变为晶界滑动/空位扩散;700℃时,在所分析应力范围内,蠕变变形机制为位错攀移。

关键词：反应堆压力容器压缩蠕变变形机制位错攀移空位扩散

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P91钢的瞬态蠕变行为分析

金属热处理 2021年第8期46卷 20-25页

作者：王妮刘新宝朱麟李博权晨西北大学化工学院陕西西安710069

系统研究了P91钢在600和620℃下不同应力水平时的瞬态蠕变变形行为。通过将蠕变过程中材料内部位错与析出相间相互作用耦合于内应力,结合Orowan方程,应用非线性拟合的方法确定了瞬态蠕变模型参数,对P91钢在瞬态蠕变阶段的变形曲线进行... 详细信息

系统研究了P91钢在600和620℃下不同应力水平时的瞬态蠕变变形行为。通过将蠕变过程中材料内部位错与析出相间相互作用耦合于内应力,结合Orowan方程,应用非线性拟合的方法确定了瞬态蠕变模型参数,对P91钢在瞬态蠕变阶段的变形曲线进行了数值模拟。结果显示,数值模拟结果与试验数据较为吻合,表明应用该模型对瞬态蠕变状态进行研究具有一定的可行性。同时,结合瞬态蠕变时间和归一化瞬态应变对温度和应力的依赖关系,进一步证实了P91钢在600和620℃下,135~175 MPa的应力范围内的瞬态蠕变主要是受位错攀移过程控制。

关键词： P91钢位错攀移本构方程瞬态蠕变机制

热压缩条件下V-5Cr-5Ti合金的热激活参数（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第8期25卷 2564-2570页

作者：李鱼飞王震宏周运洪罗超赖新春表面物理与化学重点实验室绵阳621907 中国工程物理研究院绵阳621900

为了了解V-5Cr-5Ti合金(质量分数)热加工过程的基本物理机制,在Gleeble-3800热物理模拟试验机上采用热压缩方法测量合金在1373~1673K范围内的热激活参数。结果表明:抛物线型本构方程的应力指数n和激活能Q分别为4.87和375.89kJ/mol。通... 详细信息

为了了解V-5Cr-5Ti合金(质量分数)热加工过程的基本物理机制,在Gleeble-3800热物理模拟试验机上采用热压缩方法测量合金在1373~1673K范围内的热激活参数。结果表明:抛物线型本构方程的应力指数n和激活能Q分别为4.87和375.89kJ/mol。通过引入临界应力参数(σ_0),计算得到的激活能Q为288.34 kJ/mol,这与合金的自扩散激活能(270~300kJ/mol)相近。重复应力松弛实验得到合金的物理激活体积V_p和应变速率敏感指数m分别为(120~700)b^3和0.075~0.122。上述激活参数表明:V-5Cr-5Ti合金在1373~1673K和0.001~1.0s^(-1)范围内的热压缩物理机制为克服林位错钉扎的位错攀移。

关键词： V-5Cr-5Ti合金热压缩热激活位错攀移

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纯Mg的蠕变行为研究

金属学报 2008年第11期44卷 1354-1359页

作者：晏井利孙扬善薛烽陶卫建东南大学江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室南京211189 南京云海特种金属股份有限公司南京211221

不同状态纯Mg试样在75—200℃,15—40 MPa条件下的蠕变实验表明:在等同条件下,铸态试样的晶粒粗大,蠕变速率较低;挤压态试样由于动态再结晶,晶粒变细,蠕变速率大幅上升;退火后由于晶粒长大,蠕变速率又呈下降趋势,根据应变速率幂指数公式... 详细信息

不同状态纯Mg试样在75—200℃,15—40 MPa条件下的蠕变实验表明:在等同条件下,铸态试样的晶粒粗大,蠕变速率较低;挤压态试样由于动态再结晶,晶粒变细,蠕变速率大幅上升;退火后由于晶粒长大,蠕变速率又呈下降趋势,根据应变速率幂指数公式,铸态纯Mg试样在较低应力时,应力指数n处于4.3—4,9的范围,在较高应力时,n>7;激活能在76.0—89.4 kJ/mol的范围.根据应力指数和激活能并结合蠕变过程中的组织分析,纯Mg的蠕变受位错攀移、晶界滑移以及孪生的共同作用,其中位错攀移和晶界滑移占主导地位.

关键词：纯Mg 蠕变位错攀移晶界滑移

Mg-4Al-2RE合金压缩蠕变本构方程的建立

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机械工程材料 2015年第5期39卷 85-88,92页

作者：徐道芬桂林航天工业学院机械工程系桂林541004 中南大学轻合金研究院长沙410083

采用自制的蠕变试验装置研究了AE42（Mg-4Al-2RE）合金在温度为125~175℃（398~448K）、压力为88~112 MPa范围内的压缩蠕变行为,并采用回归法建立了该合金的压缩蠕变本构方程。结果表明：随着温度升高和压力增大,AE42合金的压缩蠕变应... 详细信息

采用自制的蠕变试验装置研究了AE42（Mg-4Al-2RE）合金在温度为125~175℃（398~448K）、压力为88~112 MPa范围内的压缩蠕变行为,并采用回归法建立了该合金的压缩蠕变本构方程。结果表明：随着温度升高和压力增大,AE42合金的压缩蠕变应变和稳态蠕变速率都呈明显的上升趋势;在175℃（398K）、100~112 MPa条件下,合金进入加速蠕变阶段,出现蠕变断裂现象;AE42合金的压缩蠕变本构方程为εs=8.19×10-7σ5.39exp（-90 410/RT）,蠕变机制为晶界扩散主导的位错攀移机制。

关键词： Mg-4Al-2RE合金压缩蠕变本构方程晶界扩散位错攀移

Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金高温蠕变行为

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金属热处理 2012年第6期37卷 25-29页

作者：杨洪光李永兵崔洪芝山东科技大学材料科学与工程学院山东青岛266590 机械科学研究总院先进制造技术研究中心先进成形技术与装备国家重点实验室北京100083

对Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金铸态的室温组织以及T6状态200、250、300℃/50 MPa条件下的蠕变行为和组织进行了研究。结果表明,铸态下合金组织主要由α-Mg固溶体和沿基体晶界分布的富含(Gd,Y)元素的片状共晶相构成。T6(固溶+时效)状态下,随着... 详细信息

对Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金铸态的室温组织以及T6状态200、250、300℃/50 MPa条件下的蠕变行为和组织进行了研究。结果表明,铸态下合金组织主要由α-Mg固溶体和沿基体晶界分布的富含(Gd,Y)元素的片状共晶相构成。T6(固溶+时效)状态下,随着蠕变的进行,片状共晶相的数量有所增加。由合金的蠕变曲线可知,蠕变速率随温度的升高而增大。合金的蠕变机制主要是位错攀移和晶界滑移,蠕变断裂主要是通过三叉晶界处楔形裂纹形核+长大的方式实现的。

关键词： Mg-RE系镁合金高温蠕变位错攀移晶界滑移片状共晶组织

挤压工艺对Mg-3Al-3Zn-3Ca合金微观组织和力学性能的影响

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挤压工艺对Mg-3Al-3Zn-3Ca合金微观组织和力学性能的影响

作者：章凯湖南大学

学位级别：硕士

纯镁的密度仅为1.74g/cm3,镁合金是作为最轻的金属结构材料能够有效降低产品的重量。另外,镁合金具有很高的比强度、刚度的特点以及良好的阻尼性能,使其在航天航空和汽车等领域具有巨大运用前景。与铸态相比较,变形镁合金具有相对良好... 详细信息

纯镁的密度仅为1.74g/cm3,镁合金是作为最轻的金属结构材料能够有效降低产品的重量。另外,镁合金具有很高的比强度、刚度的特点以及良好的阻尼性能,使其在航天航空和汽车等领域具有巨大运用前景。与铸态相比较,变形镁合金具有相对良好的力学性能。本论文主要通过采用半连续水冷铸造的方法制备Mg-3Al-3Zn-3Ca（AZC333）合金铸锭,并且对合金挤压工艺进行了优化。对Mg-3Al-3Zn-3Ca合金的微观组织和力学性能进行了详细的研究,主要得到了以下结论:铸态Mg-3Al-3Zn-3Ca合金的金相组织呈典型的粗大树突结构。粗晶为α-Mg,晶粒尺寸约为185μm。第二相呈网状结构分布在粗晶α-Mg的晶界上,在基体中呈树枝状分布。其中连续网状结构为Al2Ca,半连续网状结构为Ca2Mg6Zn3。经过热挤压后,Mg-3Al-3Zn-3Ca合金的微观组织和力学性能得到了明显的改善。当挤压比（λ）等于16,随着挤压温度从623K降低到523K,合金的动态再结晶的体积分数从91.2%降低到了78.8%,晶粒尺寸由6.86μm减小到3.14μm,Al2Ca和Ca2Mg6Zn3的尺寸大约分别为3μm和5μm;产生了明显的（0002）基面织构,强度也随之增强;合金的抗拉强度和屈服强度分别从264MPa、197MPa增加到334MPa、292MPa,伸长率则由20%减小到9%。当挤压温度为623K,挤压比由16增大到25时,合金的微观组织没有得到明显改善,力学性能也没有得到明显提高。在热挤压过程中,Mg-3Al-3Zn-3Ca合金发生动态再结晶导致晶粒细化,产生了细晶强化,符合霍尔-配齐公式。根据霍尔-配齐公式计算得到挤压温度分别为523K、573K和623K合金的屈服强度分别为186MPa、208MPa和241MPa,明显都小于合金实际屈服强度,表明AZC333合金在热挤压过程中产生了第二相强化。当挤压温度从523K增加到623K时,合金的断裂韧性值由13.3521MPa·m1/2增加到了 21.6076MPa·m1/2。结果表明,同一成分变形镁合金的断裂韧性的变化与其本身塑性成正相关。温度为523K、573K、623K和673K和应变速率为1×10-3s-1和1×10-4s-1的高温拉伸结果表明,AZC333合金在温度等于或大于573K时,合金的延伸率大于100%,具有超塑性。随挤压和拉伸温度的升高,应变速率的减小,合金的延伸率增加。合金的最大延伸率出现在挤压和拉伸温度分别为673K和623K,应变速率为1×10-4s-1,最大值为227.6%。根据本构方程,计算得到挤压态Mg-3Zn-3Al-3Ca合金的超塑性变形的应变速率敏感指数m值和激活能Q值。挤压温度为523K、573K和623K时,合金的m值分别为0.0318、0.0253 和 0.02842,Q 值分别为 343kJ·mol-1、312kJ.mol1 和 286.6kJ.mol-1。分析可知,挤压温度为523K、573K和623K时,合金超塑性变形机制为品格扩散协调的位错攀移控制蠕变。Al2Ca和Ca2Mg6Zn3由于变形位错的剪切作用被细化,最小尺寸分别可以达到1.1μm和0.2μm。这些细小粒子均匀分布在晶界能够作为形核质点促进动态再结晶和抑制晶粒的长大,还能够通过晶界滑移协调变形。

关键词： Mg-3Zn-3Al-3Ca合金挤压第二相强化晶格扩散晶界位错攀移

基于点缺陷扩散理论与离散位错动力学耦合的位错攀移模型研究

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物理学报 2011年第9期60卷 493-499页

作者：高原柳占立赵雪川张朝晖庄茁由小川清华大学航天航空学院教育部应用力学实验室北京100084

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型... 详细信息

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型.利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度.该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段.

关键词：位错攀移点缺陷扩散理论位错动力学棱柱位错环