《鎂合金孿生模式的能量判據研究》是依託南京理工大學，由朱榮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎂合金孿生模式的能量判據研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱榮
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
確定孿生模式激活的臨界條件是孿生理論的核心問題之一。目前常用的孿生應力判據建立在位錯分解成層錯基礎上，但低溫下位錯芯三維結構難以分解，在理論上存在缺陷；而最小切變假設只考慮晶格結構，忽略了堆垛層錯能作用。本課題組綜合考慮應力與應變，提出孿生能量的概念，用以作為激活孿生模式的判據。通過研究 Mg-12Gd-3Y-0.5Zr合金在不同溫度下的孿生特點，確定孿生應力激活特點。在此基礎上，根據經典形核理論及Eshelby夾雜，推導出孿生過程中的相關能量；在熱力學及相變動力學分析條件下，導出孿生能量本構模型；據此分析孿生能量與堆垛層錯能、晶格結構(c/a)的三維關係。並用於解釋Mg-12Gd-3Y-0.5Zr合金的孿生特點。本項目有助於推動對孿生形核的認識，從能量角度解決鎂合金孿生模式問題。
結題摘要
孿生是金屬材料重要的塑性變形機制之一，對其強度和塑性具有重要的作用，確定孿生模式激活的臨界條件是孿生理論的核心問題之一。本項目以鎂合金為研究對象，了解孿生行為及其對力學性能的影響，分析孿生能量本構模型，並採用分子動力學確定堆垛層錯能。主要有以下研究結果：(1)對不同晶粒尺寸試樣，在不同溫度及應變率條件下進行靜態拉壓實驗。當溫度降低（晶粒尺寸或應變速率增加），塑性變形由滑移主導的變形方式向孿生主導過渡；變形機制的轉變導致了Hall-Petch關係斜率的變化；採用Zener-Hollomom參量描述溫度、應變率對孿生的綜合影響，結果表明隨著Z參量的變大，孿生發生率將會隨之增大；當晶粒尺寸大於36.6μm並且 lnZ＞71.78時，變形機制發生轉變。並且拉伸/壓縮屈服不對稱源於變形產生的孿晶面積分數的不同。孿晶面積還影響材料的加工硬化性能。在硬化第二階段存在動態回復，當晶粒尺寸變小、溫度上升時，應變硬化率上升，孿晶在此條件下難以開動是導致該結果的主要原因。(2) 目前常用的孿生應力判據建立在位錯分解成層錯基礎上，但低溫下位錯芯三維結構難以分解，在理論上存在缺陷；而最小切變假設只考慮晶格結構，忽略了堆垛層錯能作用。本項目綜合考慮應力與應變，提出孿生能量的概念，用以作為激活孿生模式的判據。在確定孿生應力激活特點基礎上，根據經典形核理論及Eshelby夾雜，推導出孿生過程中的相關能量；在熱力學及相變動力學分析條件下，導出孿生能量本構方程Q=3σ/2y,其中σ與堆垛層錯能有關，而y與晶格常數有關 據此分析孿生能量與堆垛層錯能、晶格結構(c/a)的三維關係，並解釋了鎂合金合金的孿生特點，同時可以解釋面心立方金屬孿生特點。(3)使用密度泛函平面波超軟贗勢方法最佳化了金屬Mg、Y的結構並計算了堆垛層錯能。在文獻中給出的Mg、Gd和Y的原子間勢函式基礎上，建立了Mg-Gd和Mg-Y合金體系的修正嵌入原子勢函式模型。利用幾種Mg-Gd和Mg-Y金屬間化合物的結構和性質數據擬合得到了合金勢函式參數。初步計算了不同成份下HCP結構的Mg-Gd和Mg-Y合金的層錯能。本項目有助於推動對孿生形核的認識，從能量角度解決鎂合金孿生模式問題。
