液氮冷却条件下激光快速熔凝Ni-28 wt%Sn合金组织演变

研究了在液氮冷却条件下激光快速熔凝Ni-28 wt%Sn亚共晶合金的组织演化过程. 结果显示, 熔池从上至下可以分为三个区域: 表层为平行激光扫描方向的α-Ni转向枝晶区; 中部为近乎垂直于熔池底部外延生长的α-Ni柱状晶区; 底部为少量的残留α-Ni初生相和大量的枝晶间(α-Ni+Ni₃Sn) 共晶组织. 激光熔凝区组织受原始基材组织的影响很大, 熔池中的α-Ni枝晶生长方向受到了热流方向和枝晶择优取向的双重影响. 与基材中存在的层片状、棒状和少量离异(α-Ni+Ni₃Sn)共晶的混合组织相比, 熔池内的共晶组织皆为细小的规则(α-Ni+Ni₃Sn)层片状共晶, 皆垂直于熔池底部外延生长, 并且从熔池顶部至底部, 共晶层片间距逐渐增大. 分别应用描述快速枝晶生长的Kurz-Giovanola-Trivedi 模型和描述快速共晶生长的Trivedi-Magnin-Kurz模型对熔池表层凝固界面前沿的过冷度进行估算, 发现熔池表层α-Ni 枝晶和(α-Ni+Ni₃Sn)层片共晶的生长过冷度在50.4-112.5 K 之间, 远大于相应深过冷凝固(α-Ni+Ni₃Sn) 反常共晶生长的临界过冷度20 K, 这说明文献报道的临界过冷度并不是反常共晶出现的充分条件.     

初始压入位置对Ni基单晶合金纳米压痕影响研究

针对Ni基单晶合金建立初始压入γ 相的γ /γ' 模型和初始压入γ'相的γ'/γ 模型, 采用分子动力学方法模拟金刚石压头压入两种模型的纳米压痕过程, 计算两种模型[001]晶向硬度. 采用中心对称参数分析两种模型(001)相界面错配位错对纳米压痕过程的影响. 结果显示: 弛豫后, 两种模型(001)相界面错配位错形式不同, 其中γ'/γ 模型(001)相界面错配位错以面角位错形式存在; 压入深度在0.930 nm 之前, 两种模型(001)相界面错配位错变化不大, 压入载荷-压入深度及硬度-压入深度曲线较符合; 压入深度在0.930 nm之后, γ'/γ 模型(001)相界面错配位错长大很多, 导致相同压入深度时γ'/γ 模型比γ /γ'模型压入载荷和硬度计算结果小; 压入深度在2.055 nm之后, γ /γ'模型(001)相界面错配位错对γ 相中位错进入γ'相有阻碍作用, 但仍有部分位错越过(001) 相界面进入γ' 相中, γ'/γ 模型(001)相界面处面角位错对γ' 相中位错进入γ 相有更明显的阻碍作用, 几乎无位错越过(001) 相界面进入γ 相中, 面角位错的强化作用更明显, 所以γ'/γ 模型比γ /γ'模型压入载荷上升速度快.     

镁基合金自由枝晶生长的相场模拟研究

利用定量相场模型, 以Mg-0.5 wt.%Al合金为例模拟了基面((0001)面)内镁基合金的等温自由枝晶生长过程. 通过研究该合金体系数值模拟的收敛性, 获得了最优化值耦合参数λ = 5.5及网格宽度Δx/W₀ = 0.4, 并在该参数下系统研究了各向异性强度和过饱和度对枝晶尖端生长速度、尖端曲率半径、Péclet数及稳定性常数σ^* 的影响. 结果表明, 由微观可解性理论得到的稳定性系数σ^* 与ε₆ 拟合值σ^*≅ ε₆ ^1.81905, 更接近理想值σ ^* (ε₆) ≅ε₆ ^1.75. 此外, 当过饱和度Ω < 0.6时, 稳定性系数σ ^* 不随ε₆ 的变化而变化, 而当Ω > 0.6时, 稳定性系数σ ^* 随着ε₆ 的增加而减小. 这反映了枝晶的生长由扩散控制向动力学控制的转变. 随着过饱和度的增加, 枝晶形貌由雪花状枝晶向圆状枝晶转变.     

块体非晶合金的黏度与玻璃形成能力的关系

基于经典结晶理论讨论了非晶合金的晶化动力学因素和晶化热力学因素对玻璃形成能力（GFA）的影响.分析表明,合金的等温转变（TTT）曲线“鼻尖”温度T_n对应的黏度与晶化阻力因子成正比;重新加热时晶化开始温度T_x对应的黏度与晶化驱动力因子成反比.由此得到了新的GFA参数ω₀=（T_g-T₀）/（T_x-T₀）-（T_g-T₀）/（T_n-T₀）,其中T_g为玻璃转变温度,T₀为理想玻璃转变温度.统计结果显示,ω₀与临界冷却速率具有较高的相关性,R²高达09626.进一步分析表明：新提出的ω₀参数可以合理地解释过冷熔体的黏度、脆性、液相稳定性、热稳定性以及T_rg、ΔT_x、γ、γ_m、ΔT_rg、α、β、δ和φ等参数与GFA的关系. 关键词： 块体非晶合金 黏度 脆性 玻璃形成能力     

冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究

利用分子动力学模拟方法对含纳米孔洞的单晶铁在冲击波压缩下的结构相变(由体心立方结构α到六角密排结构ε)进行了研究,单晶铁样品的尺寸为17.2nm×17.2nm×17.2nm，总原子数428341个，在样品的中央预置一个直径为1.12nm的孔洞，利用一活塞分别以350，500，1087m/s的速度撞击样品产生冲击波，对应的冲击波压缩应力分别为12，17，35GPa.撞击方向沿单晶铁的［100］晶向.计算结果表明，在冲击波压缩下，孔洞对铁中的相变起了诱导作用，伴随着孔洞的塌陷，相变首先出现在孔洞周围的(011)面和(011)面上，然后扩展到整个样品.通过分析冲击压缩下原子的位移历史，解释了相变的微观机制，发现孔洞周围的原子在{011}面上沿〈011〉晶向滑移，离孔洞中心距离越近的{011}面上的原子容易滑移，间隔一层的{011}面与相邻层原子的移动位移幅度不同，这种相对滑移导致出现了新的结构(hcp结构). 关键词： 相变 分子动力学 冲击波 纳米孔洞     

铁基纳米晶合金的介观阻抗率及应用

提出了铁基纳米晶合金介观阻抗率的物理概念,用Maxwell方程组求得其计算公式ρ=-μ{A}/{t}/Δ×H,该式表明铁基纳米晶合金的介观阻抗率与材料内部的介观磁场强度H、介观磁矢势A和介观磁导率μ有关,磁矢势A是由介观结构引起的量子力学效应,是由合金的微观结构决定的.这个理论很好地解释了铁基纳米晶粉末、粉芯 关键词： Fe基纳米晶合金 介观阻抗率     

Al-Ni-RE非晶合金的晶化行为和热稳定性

本文制备了一系列Al-Ni-RE (RE=La, Ce, Y) 非晶合金薄带, 利用差示量热扫描仪和X射线衍射仪考察了非晶合金的晶化行为和初生相, 并分析了其与合金成分和原子特性间的关系. 结果表明: 在拓扑不稳定参数λ以有效原子半径修正为λ'后, 每一Al-Ni-RE非晶合金体系可由其两个临界值划分为纳米晶、纳米玻璃和玻璃三类; Al-Ni-RE非晶合金的晶化开始温度和混合焓与λ'成良好的线性关系, 即λ'能很好的表征Al基非晶合金的热稳定性. 关键词： Al基非晶 玻璃转变 初生相 热稳定性     

颗粒尺寸分散度对颗粒体系力学和几何结构特性的影响

利用颗粒离散元方法, 研究了由2048个光滑颗粒组成的体系在各向同性压缩条件下, 颗粒尺寸分散度s对颗粒体系力学和几何结构特性的影响. 结果表明: 配位数、剪切模量、静态结构因子以及取向序关联函数等都随分散度的变化而变化, 而力的累积分布不受分散度的影响. 其中, 单分散体系(亦即s=0)的静态结构因子在低波数区域(亦即低k)遵从幂律标度S(k)∝0.2k^-4/3, 各分散度下取向序关联函数峰值符合e指数变化规律g₆(r)∝ae^-r/ξ₆, 其中序关联长度ξ₆随分散度s增大而减小. 关键词： 颗粒物质 尺寸分散度 结构因子 取向序关联     

冲击加载下孔洞贯通的微观机理研究

利用分子动力学方法计算模拟了沿〈100〉晶向冲击加载下单晶铜中双孔洞的贯通过程.发现孔洞周围发射剪切型位错环是孔洞塌缩和增长的原因.在拉伸阶段,孔洞首先分别独立增长,随后其周围塑性变形区开始交叠和相互作用,最后两个孔洞开始直接贯通.这种贯通模式和实验对延性材料中孔洞贯通过程的显微观察结果一致.对四种不同θ值（θ为两个孔洞中心连线与冲击加载方向之间的夹角）的模型分别进行了计算模拟,发现在相同的冲击加载强度下,θ＝0°和θ＝30°的孔洞之间没有相互贯通; 关键词： 纳米孔洞 分子动力学 冲击加载 贯通     

等温凝固多晶粒生长相场法模拟

采用Kim模型，利用耦合溶质场的相场模型对Al-2-mole-Cu合金等温凝固过程中多晶粒相互影响下枝晶的生长过程进行数值模拟，为了提高计算效率，采用差分去实现宏微观场之间的耦合.研究了不同过冷度对多晶粒枝晶形貌和溶质分布的影响，结果表明：成分过冷对枝晶生长速度和溶质分配有着重大的影响，溶质元素Cu在固液界面前沿重新分布，结果导致实际热过冷减小，进而影响枝晶的生长和溶质向外层的扩散，致使相互接触的枝晶产生萎缩而其余没有受到抑制的枝晶生长方向产生择优现象. 关键词： 相场法 模拟 择优生长 等温凝固 二元合金     

Microstructure characteristics of laser-MIG hybrid welded mild steel

To deepen the understanding of laser-arc hybrid welding, the weld shape and microstructure characteristics of laser-metal inert gas hybrid welded mild steel were analyzed. The results showed typical hybrid weld could be classified as two parts: the wide upper zone and the narrow nether zone, which were defined as arc zone and laser zone, respectively. In the hybrid weld, the microstructure, alloy element distribution and microhardness all have evident difference between laser zone and arc zone. The microstructure of arc zone consists of coarse columnar dendrite and fine acicular dendrite between the columnar dendrites, but that of laser zone is composed of fine equiaxed dendrite in weld center and columnar dendrite around the equiaxed dendrite. Compared to arc zone, laser zone has finer grain size, higher microhardness, smaller alloy element content in the fusion zone and narrower heat affected zone. The discussions demonstrated that the observed difference was caused by the difference of temperature gradient, crystallizing and the effects of arc pressure on the molten pool between laser zone and arc zone.     

Lattice dynamics of cubic PbTiO3 by inelastic neutron scattering

High-temperature dispersion relations of the phonon modes in a cubic PbTiO₃ single crystal have been investigated along the [ξ 0 0] and [ξ ξ 0] directions by inelastic neutron scattering. Above T _c, the phonon dispersions are only temperature-dependent close to the Brillouin zone centre where the mode softening comes through. The measurements indicate large cubic anisotropy of the elastic tensor and relatively low anisotropy of the soft mode dispersion. The differences from an earlier inelastic neutron scattering study are discussed.     

激光立体成形中熔池凝固微观组织的元胞自动机模拟

本文通过采用自适应网格技术, 将激光立体成形的宏观温度场模型和凝固微观组织的低网格各向异性元胞自动机模型(cellular automaton, CA)结合, 建立了适用于激光立体成形的集成数值模型. 模型包括基材的温度场分布, 熔池形貌和熔凝过程的凝固微观组织. 模拟了激光扫描速度为15 mm/s时, 激光作用在Fe-C单晶基材上形成熔池的形状以及熔池内凝固微观组织. 计算结果揭示了熔池内固液界面从平界面失稳到胞\枝晶的非稳态凝固过程, 并得到了平界面组织形成的白亮带. 白亮带上方形成了外延生长的枝晶列.     

Characterization of preferential orientation of martensitic variants in a single crystal of NiMnGa

We report the detailed observation of martensitic variants in NiMnGa single crystals. The variants that are twinned with each other in different ways can be clearly identified in our single crystals by optical observation. We also investigated the preferential orientation of the martensitic variants in NiMnGa single crystals. We observed the motion of the variant boundary in response to application of a magnetic field. This observation can be used to explain phenomenologically the magnetic-field-induced strain. In the single crystal with composition Ni₅₂Mn₂₄Ga₂₄, martensite with seven modulated layers (7M) shows preferentially oriented variants. A completely recoverable two-way shape-memory behavior was also observed by measuring the free sample in three different directions during a complete temperature cycle. It was found that the largest strains in the [001] and [010] directions occur in different temperature ranges.     

Change of superdislocation splitting with strain in single crystals of the Ni3Fe ordered alloy

The method of transmission electron microscopy is used to study the dislocation structure in single crystals of the Ni ₃ Fe ordered alloy for different degrees of strain. The [1812], [011], [111] and [001] single crystal orientations are examined. The superdislocation splitting (r) is measured for different degrees of strain, distributions of r are constructed, and their average values 〈r〉 are estimated. The 〈r〉-ε curves are constructed. With the use of the experimental r values, the effective energy of antiphase boundaries ζ* is estimated. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 1, pp. 51–56, January, 2006.     

On defects in aluminium single crystal thin films

Defects in Al single crystal thin films prepared by epitaxial growth on mica were investigated by transmission electron microscopy. Dislocations, subgrain boundaries, grain of different orientation and separated polycrystalline regions were observed in the single crystal matrix with density dependent on the pressure of residual gases.     

Abnormal thermal conductivity of [720]‐oriented BaTiO3 single crystal

The 3ω ‐scanning thermal microscopy and piezoresponse force microscopy techniques were combined to characterize the local thermal conductivity (λ) of ferroelastic domains in [720]‐oriented and [001]‐oriented BaTiO₃ single crystal. The [720]‐oriented BaTiO₃ showed a local λ value of 3.39 W/m·K, while it was 5.95 W/m·K for [001]‐oriented BaTiO₃. The underlying mechanism for such drastic thermal conductivity reduction in [720]‐oriented BaTiO₃ is ascribed to a stronger phonon‐scattering effect due to the high strains appearing in [720]‐oriented BaTiO₃ single crystals. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

低扩散系数对Pd77Cu6Si17合金易非晶化的影响

采用激光熔凝技术,研究了Pd₇₇Cu₆Si₁₇合金快速凝固组织的演变规律.研究表明:随着生长速度的增大,Pd₇₇Cu₆Si₁₇合金晶体生长组织形貌发生了Pd₃Si枝晶+共晶-ξ枝晶+共晶-共晶团簇-规则共晶-非晶的转变,共晶失稳即非晶形成的临界生长速度为6 mm/s,最小层片间距为35 nm.通过与Al-25 wt% Sm,Al-32.7     

Magnetic characteristics of PrCd single crystal

Magnetic measurements have been made along the [100], [110] and [111]-axes of PrCd single crystal in magnetic fields up to 70 kOe in the temperature range from 4.2 to 300 K. PrCd shows metamagnetism below T_t = 25 K in which two critical fields are observed in the magnetization processes along the [110] and [111]-axes and a critical field along the [100]-axis. The metamagnetic behaviour is interpreted by a noncollinear antiferromagnetic model with the Pr moments of ～ 2μ_B directed to the 〈111〉-axes.