《典型FCC金屬中低Σ取向晶界切應力作用下力學行為的研究》是依託西安交通大學，由萬亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：典型FCC金屬中低Σ取向晶界切應力作用下力學行為的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：萬亮
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬採用計算機原子尺度模擬方法，結合原位透射電鏡等實驗手段，選取典型面心立方金屬銅、鋁和鎳中低重位數Σ取向與近Σ取向的對稱傾斜、非對稱傾斜以及扭轉晶界為研究對象，考察它們在不同取向切應力與溫度下的力學行為與結構演化方式，同時結合晶界的各種結構模型，探討這些晶界的結構-力學行為規律。研究工作致力于澄清如下問題：（1）對於所選晶界，在不同取向切應力與溫度下，其結構演化方式是否符合晶界重位點陣理論所預測的晶界DSC位錯運動機制描述？（2）對於特定材料（銅、鋁和鎳）中的晶界，其發生晶界滑移遷移耦合運動需要什麼內部（晶界的幾何取向）與外部（切應力與溫度）條件？（3）不同材料（銅、鋁和鎳）中相同幾何取向的晶界其力學行為會有什麼不同表現形式？預期通過本項目的研究工作可望促進對金屬多晶體材料力學行為中晶界效應更深層次的認識，並為解釋當前實驗中所發現的金屬納米晶材料冷態形變條件下的晶粒生長現象提供線索。
結題摘要
金屬材料中的晶界對於材料整體強韌性有重要影響，這在超細晶和納米晶粒材料中表現得尤為顯著。本項目在如下三個方面對金屬材料的晶界構成與力學行為進行了探討。一、近年來人們研究發現，在超細晶與納米晶金屬中，材料會在室溫或更低溫載荷下發生晶粒長大現象，這種晶粒長大現象主要是由切應力引起的晶界遷移來完成的。為搞清楚這種切應力引起的晶界遷移發生的條件與原子機制，我們先選取了銅與鋁中兩個非對稱傾斜晶界Σ3[-110]-tilt (-1-15)/(111)與Σ9[-110]-tilt (115)/(111)，採用原子尺度模擬方法研究了這兩種晶界在不同取向切應力下的力學行為特徵。發現銅與鋁中這兩種晶界均可在一些取向的切應力下發生晶界滑移-遷移耦合運動，並闡明了這種晶界耦合運動發生的晶體學機制和運動學特徵。接下來又選取了金屬鋁中一系列晶粒取向差更為一般的鄰位面晶界，同樣用原子尺度模擬方法進行了研究。發現對於這些晶粒取向差與晶界面傾向角偏離重位面晶界不大的晶界，在切應力作用下也可以發生晶界滑移-遷移耦合運動。綜合這些研究結果，同時結合本人此前對一些對稱傾斜晶界的研究工作，我們分析提出，晶界內稟的雙晶晶體學結構特徵是晶界可以在切應力下發生晶界遷移的主要原因。這些研究結果基本上澄清了晶界在切應力下發生遷移的原子機制和晶體學條件，為設計與控制多晶體金屬材料的微觀結構提供了重要的指導與參考依據。二、作為一種具有潛力的輕質結構材料，鎂及鎂合金有限的塑性變形能力限制了其套用。受限於鎂的密排六方晶體結構，鎂僅在其密排面上較容易發生位錯滑移，而孿生則是其重要的輔助變形方式。目前關於鎂的孿生變形機制、孿晶界如何在應力下遷移尚存爭議。本項目通過亞微米尺寸樣品原位電鏡觀測手段結合原子尺度模擬方法研究了純鎂中具有{1012}孿晶晶粒取向關係的B/P界面的結構與應力下遷移特徵，發現鎂中的B/P界面呈複雜的空間梯田狀，每個小的B/P台階均可在正應力下通過“單胞翻轉”方式遷移。該結果對人們認識鎂的孿生變形機制與行為有重要的借鑑意義。三、孿晶與孿晶界是晶體材料中一類重要的結構缺陷，如何有效地用實驗手段表征晶體材料中的孿晶與孿晶界具有重大意義。本項目基於X射線同步輻射樣品分析手段，通過晶體學理論推導各種晶系常見孿晶的位向關係，建立了一種自動孿晶位向搜尋策略用於多晶體材料中孿晶結構的表征，為人們研究孿晶提供了便利。
