《面心立方金屬晶體疲勞位錯結構的熱穩定性研究》是依託東北大學，由李小武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面心立方金屬晶體疲勞位錯結構的熱穩定性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李小武
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬採用不同取向銅單晶體、銅雙晶體、不同Al含量的Cu-Al合金單晶體及含退火孿晶的Al6XN超級奧氏體不鏽鋼等面心立方(fcc)金屬晶體作為研究材料，在一定的塑性應變幅範圍內對其進行循環變形試驗，在不同累積塑性應變數下得到它們各自不同的循環飽和(或準飽和)位錯結構，然後在不同溫度和時間條件下對疲勞變形後的樣品進行退火處理，再利用掃描電鏡電子通道襯度(SEM-ECC)技術和透射電鏡(TEM)觀察疲勞位錯結構以及退火後位錯結構的變化，進而考察累積塑性應變數、層錯能、晶界、孿晶等對疲勞位錯結構熱穩定性的影響規律。另外，根據上述實驗結果選擇某些典型樣品，考察金屬晶體疲勞位錯結構經退火處理髮生變化後對材料疲勞壽命的影響。本工作對全面深入認識fcc金屬晶體疲勞位錯結構熱穩定性以及完善低能位錯結構理論具有重要的理論意義，並且有望為疲勞損傷後的材料回復（即材料的延壽）提供一些有用的理論和實驗依據。
結題摘要
本項目採用了不同取向銅單晶體、不同Al含量的Cu-Al合金單多晶體（包括純鋁）以及Al6XN超級奧氏體不鏽鋼等面心立方(FCC)金屬晶體作為研究材料，在不同應變幅控制條件下系統研究了它們的疲勞位錯結構特徵及其在不同溫度下退火後的變化（即熱穩定性），揭示了晶體取向、層錯能、退火溫度、應變幅、累積應變數等對不同疲勞位錯結構熱穩定性的影響規律。得到以下主要創新性研究結果：(1) 對不同塑性應變幅下循環變形後的不同取向銅單晶進行不同溫度下的等時退火處理髮現，當退火溫度為300oC時，位錯結構大都發生了明顯回復（對於共面雙滑移取向晶體甚至發生部分再結晶），當溫度高於500oC，均觀察到再結晶的發生以及退火孿晶的形成。再結晶的形核方式為亞晶轉動聚合形核；(2) 高層錯能粗晶純鋁疲勞後再在相對較低的溫度200℃退火處理後，低應變幅下疲勞後的樣品的回覆機制主要為空位的消失和異號位錯的對消，而在中、高應變幅下疲勞後的樣品，存在多邊形化回復機制。但均未發現明顯再結晶現象的出現和孿晶的形成；(3) 低層錯能Cu-16at.%Al合金疲勞後形成的平面滑移型位錯具有更高的熱穩定性。高應變幅高累積應變數的疲勞樣品，在低溫300oC退火時發生了明顯的回覆現象，而且出現了大量細小的回覆孿晶，當退火溫度太高時，沒有孿晶形成；(4) AL6XN不鏽鋼在拉-壓或扭轉循環載荷下形成的平面滑移位錯結構的熱穩定性遠高于波狀滑移位錯結構的。在扭轉疲勞變形中，高的外加塑性切應變幅使材料更趨於發生塑性變形集中，而更高的形變儲存能則為發生再結晶提供了足夠的驅動力，從而導致疲勞變形後材料在足夠高的退火溫度下會在局部塑性變形集中區（如晶界附近）發生再結晶現象。一般認為，FCC材料在循環變形中形成的位錯結構為具有較高熱穩定性的低能位錯結構，但本項目研究表明，在足夠高的外加塑性應變幅以及累積塑性應變數的條件下，循環變形形成的位錯結構（即使是低層錯能引起的平面滑移型位錯結構）的熱穩定性會顯著降低，甚至發生再結晶現象，這種現象尚未見諸報導。上述結果對全面深入認識FCC金屬晶體疲勞位錯結構熱穩定性以及完善低能位錯結構理論具有重要的理論意義。基於項目研究，發表SCI檢索文章12篇，參加學術會議13人次，做邀請報告3次，培養博士生2名、碩士生6名。較好地執行並完成了項目的研究計畫。
