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橄榄石集合体中与位错蠕变相伴随的粒间滑动

岩石学报 2009年第3期25卷 708-712页

作者：赵永红王中言 David L KOHLSTEDT 北京大学地球物理学系北京100871 美国明尼苏达大学地质与地球物理系 MN55455 美国明尼苏达大学化学工程与材料科学系 MN55455

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100～250MPa之间的... 详细信息

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100～250MPa之间的不同应力水平下变形,得到的应变率介于10^(-4)～10^(-6)S^(-1)之间。随着差应力的增加,得到扩散蠕变到位错蠕变的过渡,在位错蠕变域,易滑动体系在～50MPa和颗粒尺寸为15μm时伴随粒间滑动。这一粒径敏感蠕变域由应力指数3.2±0.1和粒径指数1.8±0.2来刻划。将这一流动律与其他扩散和位错蠕变结果进行对比,表明本文得出的流动律可应用于粒度小于100μm和差应力大于20MPa时的岩石流动。因此,与粒间滑动相伴的位错蠕变可能是上地幔岩石圈剪切带变形局部化的主要变形机制。

关键词：橄榄石高温高压粒间滑动位错蠕变实验研究

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花岗质超糜棱岩的微观构造与变形机制

地质学报 2022年第10期96卷 3639-3657页

作者：张磊张波张进江北京大学地球与空间科学学院北京100871

花岗质岩石的变形方式和过程决定大陆地壳的流变学特性。本文聚焦藏南拆离系超糜棱岩化的花岗质岩石,借助传统显微构造分析方法和扫描电镜、阴极发光、矿相自动分析系统和电子背散射衍射等新技术手段,开展微观组分、结构、组构定量化观... 详细信息

花岗质岩石的变形方式和过程决定大陆地壳的流变学特性。本文聚焦藏南拆离系超糜棱岩化的花岗质岩石,借助传统显微构造分析方法和扫描电镜、阴极发光、矿相自动分析系统和电子背散射衍射等新技术手段,开展微观组分、结构、组构定量化观测和分析。超糜棱岩主要造岩矿物为钾长石、斜长石、石英、黑云母等,显微构造呈现为单矿物相域与多相矿物混合域交织结构。相平衡模拟与斜长石钙含量等值线变形温度估算结果为390~410℃。单相域的矿物集合体条带主要分为钾长石条带与石英条带,其中钾长石条带内变形颗粒呈现典型的核-幔构造。组构分析表明钾长石颗粒具有强烈的晶格优选定向,残斑与动态重结晶的钾长石颗粒具有相似的晶格优选方位(CPOs)特征。施密特因子法分析揭示钾长石残斑变形过程中主要活动的滑移系为(100)[010]、(010)[001]和(001)[100],基质钾长石颗粒形成机制主要为位错蠕变驱动的亚颗粒旋转重结晶。在混合相域,矿物颗粒发生强烈细粒化而只含有少量残斑,基质颗粒主要为斜长石,斜长石颗粒间广泛分布微米级黑云母颗粒。斜长石无组构或弱组构,主导变形机制为颗粒边界滑动。在单相域条带与混合相域基质内,石英颗粒均发生强烈细粒化,颗粒表面发育溶蚀结构以及细小的新晶晶核,石英轴晶格优选定向及形态学长轴优选定向皆平行于线理X方向,变形机制为溶解-沉淀蠕变。这显示在由单相域向混合相域的演化过程中,流体作用至关重要,流体与单相域钾长石进行交代使其分解为细粒的斜长石与石英,并导致花岗质岩石变形机制由位错蠕变向非位错蠕变转换,并诱发岩石的流变弱化。

关键词：超糜棱岩 EBSD组构位错蠕变溶解-沉淀蠕变颗粒边界滑动

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耦合修正分析Al−Fe−Ni合金蠕变机理

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第5期33卷 1331-1344页

作者：卞泽宇朱爱林肖亚开李宇罡马乃恒卞汉兵汪明亮陈哲王浩伟上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 Laboratoire de Génie Civil et Géo-Environnement Universitéde LilleF-59000 LilleFrance 安徽省铝基复合材料工程研究中心淮北235000

在引入阈值应力和载荷传递系数后,对Al−Fe−Ni合金的蠕变本构方程进行耦合修正,描述该合金在300和400℃下的位错蠕变。量化结果分析及显微组织表征表明,蠕变过程中位错与共晶相间复杂交互作用是阈值应力的起源。同时,共晶相与基体之间模... 详细信息

在引入阈值应力和载荷传递系数后,对Al−Fe−Ni合金的蠕变本构方程进行耦合修正,描述该合金在300和400℃下的位错蠕变。量化结果分析及显微组织表征表明,蠕变过程中位错与共晶相间复杂交互作用是阈值应力的起源。同时,共晶相与基体之间模量的差异引起共晶相分担应力作用。此外,温度对基体及共晶相模量产生的影响差异导致高温时合金阈值应力降低,而应力转移系数增大。这些现象通过有限元模型分析得到进一步的论证。总体而言,共晶合金位错蠕变的控制机理得到了更深层次的量化认识。

关键词：位错蠕变铝合金共晶相应力转移效果阈值应力

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马氏体耐热钢中的析出相与位错蠕变

马氏体耐热钢中的析出相与位错蠕变

作者：王海东北大学

学位级别：硕士

能源是经济增长和社会发展的物质基础,要实现经济和社会的可持续性发展,必须设法提高能源的利用效率。我国的能源结构主要以燃煤为主,燃煤火力发电的效率随着蒸汽温度和压力的升高而不断提高,为此人们尝试通过提高蒸汽温度与压力的手段... 详细信息

能源是经济增长和社会发展的物质基础,要实现经济和社会的可持续性发展,必须设法提高能源的利用效率。我国的能源结构主要以燃煤为主,燃煤火力发电的效率随着蒸汽温度和压力的升高而不断提高,为此人们尝试通过提高蒸汽温度与压力的手段提高火电机组的发电效率,但这一愿望却受到材料蠕变性能的制约。在此背景下,本文对马氏体耐热钢的位错蠕变机理进行研究,旨在找出制约马氏体耐热钢蠕变性能提升的瓶颈,为进一步提高马氏体耐热钢的蠕变性能提供理论基础。马氏体耐热钢的蠕变性能取决于其组织在高温和应力作用下的演变行为,基体内的析出相能够有效阻碍位错的运动,提高马氏体耐热钢的组织稳定性。然而不同类型的析出相在基体中的体积分数、尺寸各不相同,高温下的热稳定性也不尽相同,它们所发挥的作用有很大的差异。本文以两种氮化物强化马氏体耐热钢NS1、NS2和四种碳氮化物强化马氏体耐热钢CNS、SIMP1、SIMP2、P92为研究对象,分析他们所含析出相的类型、体积分数、形貌与分布,对比有、无应力条件下析出相的作用以及组织演变的差异性,最终探讨马氏体耐热钢的蠕变机理。采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜并结合电解萃取实验方法,对马氏体耐热钢中析出相的沉淀析出行为、析出后的形貌与分布、时效过程中析出相的稳定性等进行表征。研究结果表明,马氏体耐热钢中的MX相、M23C6相回火后立即开始析出,回火1500s后沉淀析出反应趋于结束。析出后的MX相在基体内随机分布,形貌呈碟片状或粒状,尺寸非常细小,多在20nm左右;而M23C6相多沿马氏体板条界分布,形貌呈短棒状,尺寸在100nm以上。六种实验钢中,SIMP1钢中析出相的体积分数最多达4.3%,数密度为3.79×1020个/m3;NS1钢中析出相的体积分数最少为0.34%,数密度为2.46×1020个/m3。在高温长时时效过程中,热力学不稳定的析出相将向热力学稳定的析出相转化,并导致析出相的总体积分数增大。时效过程中,Laves相也将析出,其析出的体积分数随温度降低显著增大。已经析出的各类析出相在界面能的作用下发生Ostwald熟化,Cr23C6的熟化速率最大,之后依次是VN、TaC、NbN。在对不同成分实验钢所含析出相类型、体积分数、形貌与分布进行表征后,本文对实验钢的时效组织稳定性与蠕变组织稳定性进行了研究。时效实验中,含有细小MX相的NS1、NS2钢发生再结晶;而含有大尺寸M23C6相的实验钢CNS、SIMP1、SIMP2、P92均未发生再结晶。研究表明,大尺寸的M23C6相可以有效阻碍位错的攀移,阻碍板条马氏体碎化成亚晶,阻碍亚晶合并长大再结晶。析出相的体积分数越大,数密度越大,对位错攀移的阻碍作用越大,时效组织稳定性越高。蠕变实验中,含有大尺寸M23C6相的具有良好时效组织稳定性的CNS、SIMP1、P92钢反而不具备较好的蠕变组织稳定性;时效过程中易于发生再结晶的NS1钢却具有优异的蠕变性能。有、无应力条件下马氏体耐热钢组织演变的差异引发了对马氏体耐热钢蠕变机理的进一步探究。在蠕变过程中,马氏体耐热钢的位错密度持续降低,表明位错增殖的速率小于位错回复的速率,因此位错的增殖速率是控制蠕变速率的限制性环节。在时效实验中,位错难以攀移越过M23C6相,在蠕变过程中其同样难以攀移越过。M23C6相牢牢钉扎住位错,充当Frank-Read位错源的节点,在应力的作用下持续以Frank-Read机制释放位错。由于位错增殖速率是控制马氏体耐热钢蠕变速率的限制性环节,位错增殖的速率越快,蠕变组织稳定性越差,这就是含有大尺寸M23C6相的四种马氏体耐热钢的蠕变性能比无M23C6相的实验钢差的原因。本文研究结果对马氏体耐热钢的位错蠕变机理有了进一步认识。与低位错密度材料的蠕变机理不同,控制马氏体耐热钢蠕变速率的因素不是位错的回复,而是位错的增殖。

关键词：马氏体耐热钢析出相位错蠕变组织演变

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位错蠕变理论的现状和发展

材料科学与工程学报 1987年第3期 26-32页

作者：阳志安中国科学院金属研究所

本文主要基于三维位错网络理论,评述了高温蠕变的唯象理论和位错蠕变理论方程,并且对不同蠕变理论进行了统一分析。通过对实际材料蠕变方程的分析,结合作者的工作介绍了蠕变摩擦应力。最后,对位错蠕变理论的发展提出了初步的看法。

关键词：位错蠕变摩擦应力速率控制第二相强化蠕变方程蠕变速率位错攀移非保守位错运动

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单斜辉石的流变学性质及其影响因素

矿物学报 2022年第4期42卷 440-452页

作者：王晓宁宋茂双李建峰王宝云中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640

单斜辉石作为大陆下地壳以及上地幔岩石的重要组成矿物,其在高温高压条件下的流变行为已有大量的实验研究。本文在综述以往对单斜辉石流变实验研究的基础上,讨论了影响其流变行为的各种因素及其地质意义,并指出了现存的问题及今后的研... 详细信息

单斜辉石作为大陆下地壳以及上地幔岩石的重要组成矿物,其在高温高压条件下的流变行为已有大量的实验研究。本文在综述以往对单斜辉石流变实验研究的基础上,讨论了影响其流变行为的各种因素及其地质意义,并指出了现存的问题及今后的研究趋势。影响单斜辉石流变性质的因素主要有流体(包括水和熔体)、粒度、化学成分、氧逸度以及温度与压力条件等。微量结构水可以显著增大单斜辉石单晶和多晶集合体的蠕变速率,降低其流变强度。熔体对单斜辉石强度的影响与熔体的含量和分布状态有关,呈三联点分布于矿物颗粒间的熔体对样品强度影响较小,只有当熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。粒度主要影响单斜辉石的变形机制,单斜辉石集合体晶粒粒度的减小会促使变形机制由位错蠕变转变为扩散蠕变,较细粒的单斜辉石在扩散蠕变域内的应力与粒度呈线性负相关,而在位错蠕变域,应力与粒度无明显相关性。关于铁含量对单斜辉石的影响尚未有直接的实验研究,而对比前人在相同实验条件下采用不同铁含量的单斜辉石的扩散蠕变实验研究显示,单斜辉石中铁含量与蠕变速率可能呈正相关。氧逸度的升高对单斜辉石单晶的蠕变强度有轻微的弱化作用,而关于氧逸度对单斜辉石集合体流变性质的影响尚未有直接的定量研究。另外,以往对单斜辉石的实验研究多采用下地壳来源的样品作为研究对象,而对于上地幔来源的单斜辉石研究较少,为了准确约束上地幔的流变行为,需要对幔源单斜辉石开展高温高压变形实验研究。

关键词：单斜辉石流变性质位错蠕变扩散蠕变影响因素

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ZK60镁合金的高温变形机制研究

ZK60镁合金的高温变形机制研究

作者：郎模辽宁科技大学

学位级别：硕士

变形镁合金因其缺陷少以及综合性能优秀,具有巨大的发展前景。ZK60（Mg–6Zn–0.5Zr）合金是目前应用最为广泛的变形镁合金之一,然而塑性和热成形性差却限制了其大规模应用。超塑性变形是解决低成形问题的一种良好方法,通过超塑性成形... 详细信息

变形镁合金因其缺陷少以及综合性能优秀,具有巨大的发展前景。ZK60（Mg–6Zn–0.5Zr）合金是目前应用最为广泛的变形镁合金之一,然而塑性和热成形性差却限制了其大规模应用。超塑性变形是解决低成形问题的一种良好方法,通过超塑性成形可以得到近净形和复杂形状的部件。本文以挤压轧制方法获得原始晶粒为7.88μm的ZK60合金为研究对象,进行了拉伸至失效实验、拉伸至固定应变实验和变化应变率实验,通过金相显微镜（OM）、X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜分析（SEM）对拉伸实验样品进行了表征和观察,研究了ZK60合金的高温变形行为、组织演变和超塑性变形机制。研究结果表明,ZK60合金在整个温度和应变率范围内都表现出良好的塑性,在（?）=5×10～1×10 s的变形条件下,合金表现出了超塑性（延伸率超过100%）,最高的断裂延伸率为330.71%。基于双曲正弦方程,计算出ZK60合金的流变应力表达式,该方程能较好地预测合金的峰值应力。基于动态材料模型,做出了ZK60合金的热加工图。合金的最优热加工工艺参数:温度为400～450℃,应变率为5×10 s～1×10 s。合金的断裂方式为微孔聚集的延性断裂。合金的显微组织较为稳定,各个温度下合金的平均晶粒尺寸都小于10μm,较为稳定的细晶组织为合金提供了良好的塑性。分布在晶界的Mg Zn相和聚集在晶界处的溶质Zn共同阻碍了晶界的移动,从而使合金的晶粒较为稳定。合金的超塑性变形过程由晶格扩散控制的位错攀移蠕变（D–DCC）和晶界扩散控制的晶界滑移(D–GBS)两种变形机制控制。在较低温度下,合金的变形由D–DCC机制主导,随着温度升高,使得位错密度降低和扩散加剧,D–DCC机制控制的应变率范围逐渐减小,较高温度下变形由D–GBS机制主导。根据以上两个机制做出了ZK60合金的超塑性流动方程,该方程能很好地描述ZK60合金的超塑性流动。

关键词：超塑性 ZK60合金高温变形位错蠕变晶界滑移

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钙钛矿蠕变对俯冲带震源深度极限的约束

地球物理学报 2014年第10期57卷 3218-3225页

作者：许俊闪中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室北京100085

本文利用林伍德石、钙钛矿两种矿物在不同差应力下随温度变化的蠕变曲线,通过约束温度条件和板块俯冲引起的弹性应变率,得到了俯冲带670km深度可能的应力范围.结果显示,在俯冲带670km深度基于林伍德石蠕变得到应力大小可能超过100 MPa,... 详细信息

本文利用林伍德石、钙钛矿两种矿物在不同差应力下随温度变化的蠕变曲线,通过约束温度条件和板块俯冲引起的弹性应变率,得到了俯冲带670km深度可能的应力范围.结果显示,在俯冲带670km深度基于林伍德石蠕变得到应力大小可能超过100 MPa,而相变为钙钛矿后仅为0.1-10 MPa.通过分析认为钙钛矿的Si扩散引起的快速应变率使得670km更深深度的俯冲带无法支持较大的应力,可能是下地幔地震终止的原因,而不需要考虑亚稳态相变导致反裂隙断层的消失或林伍德石分解后超塑性等影响.

关键词：钙钛矿深源地震位错蠕变

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造山带下岩石圈地幔小尺度减薄的动力学成因

地球物理学报 2020年第10期63卷 3727-3739页

作者：雷天李忠海刘勉中国科学院大学地球与行星科学学院计算地球动力学重点实验室北京100049 密苏里大学哥伦比亚分校地质学系MO 65211美国

地质与地球物理观测数据表明青藏高原、安第斯山、以及帕米尔等典型造山高原之下均有明显的岩石圈地幔小尺度/分段式减薄现象.这些小尺度岩石圈减薄难以用经典的拆沉或对流减薄理论来解释,一方面,拆沉预示大尺度岩石圈地幔的剥离过程,... 详细信息

地质与地球物理观测数据表明青藏高原、安第斯山、以及帕米尔等典型造山高原之下均有明显的岩石圈地幔小尺度/分段式减薄现象.这些小尺度岩石圈减薄难以用经典的拆沉或对流减薄理论来解释,一方面,拆沉预示大尺度岩石圈地幔的剥离过程,而对流减薄则在黏度相对低的地幔岩石圈中发生,其主要以小尺度的局部增厚触发并仅减薄地幔岩石圈的底部区域.另一方面,拆沉或对流减薄模型都预测造山带尺度的地幔岩石圈拆离,都假设造山带岩石圈横向均一,然而实际的造山带岩石圈往往由多个不同的地块构成,块体之间岩性、物性、流变结构可能大有差别,即横向不均一性.这些造山带岩石圈地幔的横向不均一性,能否有效解释观测到的局部小尺度减薄现象?为此,我们构建了一系列高精度动力学数值模型,系统模拟了碰撞造山过程中岩石圈地幔的形变和不稳定性.结果表明,在塑性屈服强度很低的情况下,横向不均一的造山带岩石圈有发生分段式/小尺度减薄的可能性;其主要机理是由位错蠕变与强塑性作用所导致的应变集中使得地块间及壳幔间耦合弱化,从而使得较弱地块的岩石圈地幔在增厚时由于重力不稳定性而产生局部剥离,进而诱发小尺度软流圈上涌.模拟结果可以良好地解释发生在青藏高原东北缘、安第斯中部高原、以及帕米尔高原之下岩石圈的局部小尺度/分段式减薄现象.

关键词：小尺度岩石圈减薄造山带横向不均一性位错蠕变塑性屈服数值模拟