镍基单晶合金蠕变研究:试验、机理及材料模型

在镍基单晶合金高温蠕变建模研究工作的第一部分,通过对DD6镍基单晶合金不同中断时间的高温蠕变试验及透射电镜(TEM)观察,结合单晶合金蠕变机理的研究成果阐明了单晶高温蠕变的机理,并从Orowan方程出发,在晶体塑性理论框架下建立描述晶体滑移系上位错演化规律的方程,发展了以位错密度变化表征镍基单晶高温蠕变的材料模型.该模型考虑了较宽温度与载荷范围内单晶的主要蠕变机理,可较好地建模750～1100℃范围内镍基单晶的各向异性蠕变行为.      

氢致Ⅰ型裂纹扩展的位错塞积群模型

本文利用位错理论和夹杂理论研究了Ⅰ型裂纹前方的位错塞积群和氢气团以及它们之间的交互作用，求得了塞积群的位借密度、应力集中系数和裂纹扩展速率。所得结果表明，氢气团促进裂纹尖端位猪源开动，即促进滞后塑性变形，提高塞积群的应力集中系数，引起材料脆化，促进微裂纹核形成。     

基于非线性系数的金属构件寿命预测研究

通过对位错引起的超声非线性行为理论模型的研究,发现超声非线性系数的变化与疲劳损伤累积过程中位错密度的变化趋势相对应。基于上述理论,利用非线性超声对45#钢三点弯曲试件的微裂纹扩展进行了检测,实验发现位错密度的变化趋势与微裂纹扩展的3个阶段紧密相关。因此,利用非线性系数作为特征参数实现了对微裂纹扩展不同阶段的表征,从而实现了金属构件剩余寿命的预测,并且验证了超声非线性系数与位错密度成正比的位错理论。     

基于细观位错机理的单晶合金高温力学性能模拟

利用基于细观位错运动的蠕变筏化模型对镍基单晶合金CMSX-4在1223K下的拉伸、蠕变、循环、蠕变疲劳交互及各向异性进行模拟,结果表明:拉伸过程中应变率较高时应力略微下降的现象;蠕变条件下应力越大则蠕变第1阶段越明显,而蠕变稳定阶段越短的趋势;蠕变疲劳交互作用下的应力松弛和应变增大;以及单晶3个典型晶体取向的循环应变硬化特征。通过与试验结果对比,验证了此模型在较高温度下对单晶合金性能的综合模拟能力。     

单晶镍基合金稳态蠕变期间的内应力及影响因素

通过对［００１］取向单晶镍基合金稳态蠕变期间位错运动内应力的测定及ＥＤＡＸ微区成分分析,研究了两种合金的抗蠕变性能。结果表明,随温度的提高,合金２中γ′相尺寸和体积分数明显减少,而合金１中高浓度的Ａｌ,Ｔａ元素使γ′相保持较高的体积分数,这是合金１蠕变抗力优于合金２的主要原因。     

SiCp／Al复合材料微蠕变行为及其影响因素分析

 通过对碳化硅颗粒增强铝基复合材料（ＳｉＣｐ／Ａｌ）微蠕变性能的测试及微观组织分析,研究了ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料微蠕变变形规律及机理。结果表明,ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料微蠕变变形行为可分为二个阶段：第一阶段是可动位错的耗尽阶段；第二阶段位错全面开动、增殖是引起材料微蠕变的主要原因。材料内的增强体颗粒、析出相可有效的提高材料的微蠕变抗力。     

非连续增强金属基复合材料的热残余应力

详细地论述了非连续增强金属基复合材料热残余应力的产生、松弛机理以及热残余应力对材料组织和性能的影响，并预测了今后的发展方向。指出增强体与基体的线膨胀系数之差、界面结合和温度变化是产生热残余应力的必要条件，非连续增强金属基复合材料的热残余应力的松弛将使得金属基复合材料基体内的位错密度增加，热残余应力使复合材料的拉伸强度降低。     

应力时效对Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金组织与性能的影响

采用硬度测试、光学显微镜、透射电镜等研究了时效过程中外加应力对A l-Cu-Mg-Ag合金组织与性能的影响。结果表明,在应力时效和无应力时效的条件下,合金组织中均发生了完全再结晶,时效过程中施加外应力没有改变合金再结晶晶粒的形貌,但对析出相有较大影响。在应力时效条件下,合金中θ′相和Ω相均沿某一方向呈择优取向析出,即有应力位向效应产生。应力时效能够促进θ′相的析出,而抑制Ω相的析出,合金的峰值硬度也有所降低。这可能是由于在应力时效初期引入了大量的位错,为θ′相的异相形核提供了有利的位置,从而使与θ′相具有相同化学成分的Ω相的析出受到抑制。这一点从时效前预拉伸(变形量为6%)能够使θ′相数量增多而Ω相数量减少,且硬度略有降低得到验证。在应力时效过程中,位错的存在不利于溶质原子的扩散,阻碍了原子团簇的形成,从而延缓了合金中强化相的析出。     

氢致I型裂纹扩展的位错塞积群模型

本文利用位错理论和夹杂理论研究了Ｉ型裂纹前方的位错塞积群和氢气团以及它们之间的交互作用，求得了塞积群的位错密度，应力集中系数和裂纹扩展速率。所得结果表明，氢气图促进裂尖端位错源开动，即促进滞后塑性变形，提高塞积群的应力集中系数，引起材料脆化，促进微裂纹核形成。     

排除碲镉汞晶体中碲夹杂降低其位错密度的工艺研究

概述了碲镉汞晶体中碲夹杂和高密度位错的成因,并以此为依据,阐述了排除碲夹杂和降低位错密度的工艺原理和方法。工艺途径分为两步,一步是根据微区域提纯原理,排除原生MCT晶锭中的大部分碲夹杂,第二步是根据大量Hg空位形成碲沉淀的模型和位错在高温下攀移的原理,进一步排除MCT晶片中残存的碲夹杂并降低位错密度。