单晶硅各向异性力学性能纳米压痕实验研究

应用纳米原位压痕仪对单晶硅(100),(110),(111)晶面进行纳米压痕实验,对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶硅(111)晶面相对于其它两个晶面具有较小的弹性模量和硬度值。通过单晶硅不同晶面原子结构分析,认为晶面原子层的间距分布差异是各晶面弹性模量差异的主要原因。     

切削速度对单晶锗脆塑转变的影响

采用纳米压痕仪对单晶锗(100)(110)(111)晶面进行了纳米划痕实验,分析不同划痕速度对单晶锗不同晶面脆塑转变临界状态变化规律的影响,采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测。结果表明:划痕速度增加,单晶锗产生塑性去除的区域增大;但划痕速度过大,就会降低单晶锗产生塑性去除的区域。预测了在超精密切削加工中切削速度对单晶锗发生脆塑转变时的临界状态的影响规律,为实际超精密切削加工单晶锗零件提供数据支持。     

单晶铝纳米级硬度试验研究

使用纳米硬度计对单晶铝进行了纳米压痕试验，利用原子力显微镜对压痕形貌进行扫描并计算硬度值，重点观察和分析了纳米级条件下单晶铝的硬度性质，结果表明，当压痕深度小于2000nm时，单晶铝纳米硬度存在尺寸效应现象；从材料性质的角度分析了纳米硬度尺寸效应现象；探讨了纳米硬度和传统硬度本质上的区别，指出其根本原因在于不同尺度下人们对材料性质的关注点不同。     

高能机械加工表面纳米化40Cr钢组织结构与力学性能

利用超声高能机械加工处理工艺在40Cr钢表面制备了纳米晶表面层。采用SEM,TEM和纳米压痕技术等分析了表面纳米晶层的组织结构与力学性能。实验结果表明,表面是由分布均匀的纳米级铁素体和纳米级渗碳体晶粒构成的复合纳米结构,过渡区由纳米级的渗碳体晶粒和粗晶铁素体晶粒构成。表面平均晶粒尺寸为3nm。随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。表面硬度高达8GPa,为基体硬度的3倍,随着深度的增加,硬度迅速降低。表面层弹性模量为252GPa,与基体十分接近。     

纳米力学探针的基本原理及其应用实例

介绍了一种新型的材料微区力学性能检测系统NanoIndenterII纳米显微力学探针。纳米显微力学探针是一个压入系统 ,其实验过程全部由计算机控制 ,压头的位移精度可达到 +/ - 0 .0 4nm ,因此可以研究材料的微区力学性能 ,它更适合于分析各种镀膜材料、离子注入材料、表面改性等材料的硬度分布及其弹性模量。它与显微硬度计的最大差别在于它能连续记录载荷 位移数据 ,通过载荷 位移数据计算材料微区的硬度和弹性模量 ,而不需要通过光学方法测定压痕面积 ,因此避免了测量和材料弹性恢复引入的误差。本文阐述了它的实验原理、硬度及弹性模量的计算方法并列举了它在材料科学中的应用     

孪晶界对α铁力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学方法研究在单轴拉伸载荷下孪晶界间距和孪晶界与拉伸载荷角度对纳米孪晶铁力学行为的影响。结果表明:纳米孪晶铁的屈服强度随着孪晶界间距的增大而增大,呈现反常的Hall-Petch关系;单晶铁中出现变形孪晶,此时其塑性变形以变形孪晶为主;弹性模量随孪晶界间距增大有轻微的增大;拉伸载荷与孪晶界不垂直时,屈服应力降低,变形方式则以去孪晶为主。     

纳米压痕实验微米级深度硬度下降现象的研究(英文)

本文针对均匀材料微米级压痕深度,分析接触深度、接触面积、载荷以及加载时间几种因素对实验数据的影响,结合有限元数值模拟,说明压头几何缺陷、接触深度与接触面积的处理并不是造成微米级压痕硬度随压深增大而下降的主要原因,最可能的原因是材料的蠕变特性。进行了不同最大压深实验显示连续刚度法(CSM)将强化蠕变特性对硬度曲线的影响,证明造成该现象的重要原因是纳米压痕实验的实验方法问题。     

纳米压痕硬度计测方法的研究进展

针对纳米尺度下的材料硬度测量,利用纳米硬度计得到压痕的载荷-压深曲线,并用原子力显微镜得到压痕的三维形貌图.通过载荷-压深曲线和压痕形貌图,以及相应的计算方法,可以得到纳米压痕硬度.纳米压痕硬度计测方法不同,得到的材料硬度值也不同.分析现有的几种纳米压痕硬度计测方法,找出它们的优缺点,并对未来发展方向做了展望.     

纳米单晶氩机械拉伸性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩杆进行了机械拉伸变形和断裂的模拟研究。在拉伸过程中可以观察到原子位错,间隙的形成,裂纹的出现,以及后来的断裂分离等现象,与宏观的拉伸试样相似。MD模拟的拉伸试样的真实应力应变图显示,纳米单晶氩杆随着应变的增加应力略有增加,超过某一应变值后,应力急剧增加到最大值。随后,在加载速率较大时试样突然脆性断裂,在加载速率较小时应力却有一个突然的下降变负过程。这说明加载速率对材料的强度影响很大,当加载速度分别为2.16m/s和6.49m/s时,纳米单晶氩材料相应的断裂强度为2.6GPa和6.6GPa。纳米单晶氩材料在断裂前经历了一个较大的塑性变形过程,但其断裂方式却是完全脆性的。另外,纳米单晶氩材料在自由边界条件下充分弛豫后在垂直于拉伸的方向有轻微的收缩,不同于Al,Cu,Ni等具有FCC晶格结构的纳米单晶材料由于内力的作用引起轻微膨胀。     

喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理

使用气动式喷丸设备制备了30CrMnSiNi2A合金钢喷丸强化处理试样,并对试样表层的组织性能进行了综合分析。采用扫描电镜和透射电镜观察了试样表层的显微组织结构,利用纳米压痕仪和X射线应力仪测试了喷丸处理和未处理试样表层纳米显微硬度和残余应力沿厚度方向的分布。结果表明:未处理试样的组织主要为板条马氏体、少量的下贝氏体、孪晶及残余奥氏体,喷丸处理在试样表面形成了厚度约为30μm的致密塑性变形层,该层内晶粒平均直径约为46 nm,纳米显微硬度值达到6.8 GPa,加工硬化量提高了4.9%;同时,喷丸处理在试样表面引入了深度约为280μm的残余压应力层,最大值为-1050 MPa。最后,分析了喷丸处理晶粒细化机制及其对材料加工硬化和残余应力的影响。     

Mechanical properties study of particles reinforced aluminum matrix composites by micro-indentation experiments

By using instrumental micro-indentation technique, the microhardness and Young's modulus of SiC particles reinforced aluminum matrix composites were investigated with microcompression-tester(MCT). The micro-indentation experiments were performed with different maximum loads, and with three loading speeds of 2.231, 4.462 and 19.368 mN/s respectively. During the investigation, matrix, particle and interface were tested by micro-indentation experiments. The results exhibit that the variations of Young's modulus and microhardness at particle, matrix and interface were highly dependent on the loading conditions(maximum load and loading speed) and the locations of indentation. Micro-indentation hardness experiments of matrix show the indentation size effects, i.e. the indentation hardness decreased with the indentation depth increasing. During the analysis, the effect of loading conditions on Young's modulus and microhardness were explained. Besides, the elastic–plastic properties of matrix were analyzed. The validity of calculated results was identified by finite element simulation. And the simulation results had been preliminarily analyzed from statistical aspect.     

单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究

分析了单晶硅超精密切削时被加工晶面和滑移面间的相对关系以及单晶硅的力学特性,基于单晶硅超精密切削加工脆塑转变机理,模拟了分别以单晶硅(111)(、110)(、100)晶面为被加工面时的表面质量的各向异性特性。模拟结果表明这些晶面在不同晶向方向上表面质量呈现明显的各向异性特性,而以单晶硅(111)晶面作为被加工面时可以得到最好的加工表面质量。     

PMMA薄膜的AFM纳米压痕实验研究

研究了采用商用的AFM对PMMA进行纳米压痕试验,测定PMMA的力曲线与压痕深度,探讨压痕形成机理和工艺参数的影响,为PMMA的实际应用提供了力学基础.     

单晶涡轮叶片材料本构模型及应用研究

综述了各向异性单晶叶片强度分析和寿命预测方面的一些研究工程，这些工作包括；建立并验证了弹塑性，蠕变滑移本构模型及蠕变持久寿命预测方法，进行了不同晶体取向DD3单晶在不同温度，不同速率或不同温度，不同应力水平下的拉伸试验。蠕变，疲劳及热疲劳试验。开发了大型单晶结构有限元分析软件SLAPSC和ABAQUS的umat；用双剪切试样和模拟叶片等系列试验对模型和有限元进行考核。并应用上述试验研究的结果，对某发动机单晶涡轮叶片进行了强度分析和寿命预测。