冲击加载下FeMnNi合金相变和层裂特性实验研究(英文)

采用激光速度干涉仪(VISAR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)联合测试技术,利用等厚对称加载和逆向加载实验,研究了Fe MnNi合金的冲击相变和层裂行为。结果发现:加载压力大于6.5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生α→ε相变;中心稀疏波的卸载作用使内压力降至4~5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生ε→α逆相变,并伴有卸载稀疏冲击波形成。分析Fe MnNi合金样品中塑性波、相变波、稀疏波和稀疏冲击波的传播作用过程,发现加载压力大于其相变应力时,等厚对称加载下Fe MnNi合金存在产生层裂行为的物理机制。     

FeMnNi合金高压加卸载历程测量和相变层裂分析

 采用VISAR和X光联合测试技术,利用等厚对称和逆向碰撞法测量了FeMnNi合金高压加卸载历程和相变层裂信息。加载过程中,FeMnNi合金样品发生α→ε相转变,相变波速大于塑性波速,在撞击面上相变波与塑性波合并成单一相变波;卸载过程中,FeMnNi合金样品可能发生了逆相变,形成了除合并相变波在自由面反射中心稀疏波R以外的两道卸载波S1和S2。等厚对称高压加载下,FeMnNi合金样品发生了二次层裂。分析中心稀疏波R、卸载波S1和S2在样品中的传播作用过程,发现样品发生冲击相变和卸载逆转变是导致其等厚对称高压加载下发生二次层裂行为的主要原因。     

给定压力下纯铁材料的冲击相变与层裂特性研究

采用VISAR测量样品自由面速度剖面和回收样品观测分析联合技术,开展等厚对称碰撞实验,结合文献中的实验结果,研究了冲击加载压力大于纯铁材料冲击相变阈值约2~5 GPa和大于冲击相变阈值约10 GPa两种压力状态下纯铁材料的加卸载历程及各相区的变化,并从应力波相互作用的角度,指出了冲击加载压力略大于纯铁材料相变阈值约2 GPa时,等厚对称碰撞样品"反常"二次层裂与冲击相变及逆相变的关联机制。     

CoNiZ系列合金的结构和马氏体相变性质

利用X射线衍射研究了CoNiZ(Z＝Si，Sb，Sn，Ga 等)合金在不同热处理条件下的相组成.当Z元素为Sn，Sb时，材料是完全的B2结构；但Z为Si时，材料变成面心立方的γ相.形成B2还是γ相由电子浓度和原子尺寸效应两种因素共同决定.而CoNiGa的研究结果表明，在合金中除了形成B2结构的同时还容易形成γ相，常表现出两相共存的特性.对材料进行不同方式的热处理可以使合金中两相的含量有所消长,γ相含量的多少对CoNiGa合金的马氏体相变有很大的影响.分析指出，两相共存及其所带来的物性变化是CoNiGa铁磁性形状记忆合金非常有利用价值的物理性质. 关键词： Heusler合金 马氏体相变 γ相     

钨合金的层裂强度研究

 用压缩空气炮做冲击加载装置研究一种钨合金的层裂特性,加载应力峰值为5~10 GPa,加载应力时间宽度为0.2~0.6 μs。实验用钨合金由粉末热压烧结制成,是一种均匀混合材料。它的成份重量百分比为W（90%）、Ni（6.8%）、Fe（2.7%）和Cr（0.5%）。由锰铜压阻计测量样品靶后界面应力历史表明,此种钨合金的层裂强度与拉伸应力率的平方根呈单调递增关系,与加载应力峰值无关。回收样品的金相分析结果表明,此钨合金的拉伸断裂主要发生在铁镍混合物部位,钨晶粒的穿晶断裂只占很小部分。断口上的“杯状”凹坑表明,它主要属延性断裂机制。     

非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了三轴加载的非静水压力和静水压力对铁从体心立方结构（bcc,α相）到六角密排结构（hcp,ε相）相变压力和磁性的影响,结果发现：在0—18 GPa压力范围内,相对静水压力条件,随着压力的升高,bcc结构的原子磁矩在非静水压力下降低得更快;在非静水压力下,相变更容易发生,相变压力随着非静水压力程度的增加而降低;并且对非静水压力对相变压力影响的物理机理进行了讨论. 关键词： 相变 非静水压力 第一性原理 铁     

铁基材料的冲击相变与“反常”层裂研究

冲击相变是冲击波物理的重要组成部分之一,它探索和揭示物质在冲击压缩下结构和物态变化的临界现象和规律。层裂作为冲击载荷作用下材料的一种常见破坏模式,它是材料内部大量微损伤在极短时间内经历了成核、长大、连接演化过程的最终结果,与材料内部拉伸应力波的作用过程密切相关。材料的冲击相变特性强烈影响其层裂行为,如何将二者有机结合,揭示二者的关联机制是目前国内外研究关注的热点。     

Fe基纳米晶合金的晶化机理研究

根据用原子力显微镜对在不同温度下晶化的Fe基非晶合金薄带三维介观结构的观察,结合X射线衍射、Mssbauer谱等前人已有的实验结果并在目前已有的理论研究基础上,对Fe基非晶合金薄带在不同温度下的晶化过程进行了系统的分析、研究,提出了两种Nb-B框架介观结构、团聚相和单位体积纳米晶粒平均数等新概念,建立了Fe基纳米晶合金的晶化机理假说,提出了描述Fe基非晶合金晶化过程的介观织构模型.这个模型能够演化成二相结构模型和三相互套结构模型,还可以合理地解释现有的实验结果以及500—600℃退火中Fe基纳米晶巨磁阻 关键词： Fe基纳米晶合金 晶化机理 两种Nb-B框架介观结构 团聚相     

层错四面体对单晶铜层裂行为影响的分子动力学研究

层错四面体是一种典型的三维空位型缺陷,广泛存在于受辐照后的面心立方金属材料中,对材料的力学性能有显著的影响.目前,关于层错四面体对辐照材料层裂行为的影响还缺乏深入系统的研究.本文使用分子动力学方法模拟了含有层错四面体的单晶铜在不同冲击速度下的层裂行为,对整个冲击过程中的自由表面速度及微结构演化等进行了深入的分析.研究发现,层错四面体在冲击波作用下会发生坍塌,并进一步诱导材料产生位错、层错等缺陷.在中低速度加载下,层错四面体坍塌引起的缺陷快速向周围扩展,为孔洞提供了更宽的形核区域,促进了孔洞的异质成核,造成材料层裂强度大幅度减小.当冲击速度较高时,层错四面体坍塌导致的局部缺陷对材料的层裂强度不再有明显影响.     

Fe基纳米晶合金晶粒尺寸反常变化的物理机制

晶粒尺寸在很大程度上决定了Fe基纳米晶合金的磁学性能,其随退火温度变化的物理机理是纳米晶领域重要的研究内容.研究了初始晶化温度与二次晶化温度之间退火1 h Fe基纳米晶合金晶粒尺寸随退火温度的变化,并建立了相应的模型.利用提出的模型分析了该温度范围内Fe基纳米晶合金晶粒尺寸随退火温度升高先减小后增大的物理机制. 研究发现,在初始晶化温度与二次晶化温度之间等时退火,当退火温度约为Fe基纳米晶合金熔点的0.6倍时其晶粒尺寸最小.在研究的温度区间内,理论研究结果与实验符合得较好. 本研究提供了一种快速获得小晶粒尺寸纳米晶合金的方法.     

相变引起金属靶板异常层裂的应力波分析

 采用唐志平等提出的一种简单混合相相变本构模型,运用特征线分析方法,通过对靶板中弹塑性波和宏观相边界传播情况的分析,对一些异常层裂现象产生的机理给出了理论解释。分析表明,（逆）相变过程的发生会强烈地改变靶板中的冲击波波形,形成所谓的三波结构和稀疏冲击波,板中某些位置还可能出现驻定相边界,各波系间的相互作用更加复杂,从而可能导致一些特殊层裂现象的发生。     

偏应力对材料层裂强度影响的实验研究

 采用热装配方法对平面样品施加径向应力,获得不同程度的偏应力,通过轻气炮实验获得了不同预应力下LY12铝合金层裂信号,结果表明：即使在相同撞击速度下,材料的层裂强度差异也发生明显变化。偏应力越大,材料的层裂强度越小,由于不同的球面层裂具有不同的偏应力场,通过本实验方法有可能将球面层裂与一维平变下的层裂联系起来。     

温度对镍基单晶高温合金γ/γ'相界面上错配位错运动影响的分子动力学研究

用分子动力学方法研究了温度对镍基单晶高温合金γ/γ'相界面上错配位错运动的影响.研究结果表明:无论是在低温还是在高温下,错配位错的运动都是通过扭折的形核及扭折沿位错线的迁移来实现;在低温时错配位错的相互作用有利于错配位错的运动;然而在高温时错配位错的相互作用可以阻碍错配位错的运动,从而阻碍γ和γ'相界面的相对滑动,有利于提高镍基单晶高温合金的高温力学性能. 关键词： 镍基单晶高温合金 相界面 错配位错 分子动力学模拟     

Ti掺杂对α″-Fe16N2相稳定性的影响

研究了掺杂Ti对α″-Fe₁₆N₂相稳定性的影响，发现适量Ti掺杂有利于α″-Fe₁₆N₂相的形成．理论分析表明，掺杂适量Ti元素后含Ti的α″-(Fe,Ti)₁₆N₂相的生成焓降低，使α″相的稳定性提高，也使α″相更易制备．Ti浓度为3—15at％的(FeTi)-N薄膜具有高饱和磁化强度，μ₀M_s=2.3—2.5T． 关键词：     

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L2₁结构Co₂FeSi高有序合金之间的Co₅₀Fe_50-xSi_x合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似(GGA+U)方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co₂FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92μ_B和777 ℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co₂FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内. 关键词： 磁性 Heusler合金 结构相变     

面心立方(001)方向AB合金薄膜表面层的有序无序相变

采用平均场近似方法对两组元面心立方合金薄膜的有序无序相转变过程进行模拟计算，结果表明，合金薄膜的有序无序相变受薄膜层数奇偶性的影响.薄膜层数奇偶性不同，会导致薄膜具有不同的相结构和热力学性质.在弱表面偏析作用下，对于偶数层薄膜，由于薄膜边界对称性破缺，对应体组分x=0.5的化学势区间，偶数层薄膜有序无序相变过程中出现了中间温度相和浸润现象.而奇数层薄膜的有序无序相变类似体材料的相变.在强表面偏析作用下，由于受表面偏析作用和有限尺寸效应影响，对应体组分x=0.5的化学势区间，奇数层薄膜中出现AB(AB)关键词： 合金薄膜 有序无序相变 浸润现象 准热力学相变     

哈斯勒合金Ni50Mn35In15的马氏体相变及其磁热效应

利用电弧炉熔炼了Ni₅₀Mn₃₅In₁₅多晶样品,根据磁性测量对其马氏体相变和磁热效应进行了系统研究.结果表明,随着温度的降低,样品在室温附近先后发生了二级磁相变与一级结构相变特征的马氏体相变,导致它的磁化强度产生突变. 同时通过低温下的磁滞回线的测量发现样品存在交换偏置行为,表明低温下马氏体相中铁磁和反铁磁共存. 此外,根据Maxwell方程,计算了样品在马氏体相变温度附近的磁熵变,当温度为309K,磁场改变5 T时,样品的磁熵变可达22.3J/kgK. 关键词： 哈斯勒合金 50Mn₃₅In₁₅')" href="#">Ni₅₀Mn₃₅In₁₅ 马氏体相变 磁热效应     

链长对苯乙烯基吡啶类液晶化合物的分子结构及相变行为的影响

在氢键诱导液晶化合物中,针对做为质子给体的苯乙烯基吡啶类液晶化合物,通过红外和拉曼光谱研究了链长对分子结构和相变行为的影响。末端链长的改变直接影响到相变次序和相转变温度,同时影响整个分子的排列方式。     

晶体相场法研究预变形对熔点附近六角相/正方相相变的影响

应用双模晶体相场模型计算二维相图,并模拟了在熔点附近预变形和保温温度对六角相晶界演化以及六角相/正方相相变的影响.研究发现:在相变初期,当预变形为零、保温温度离熔点很近时在晶界发生缺陷诱发预熔;增大预变形,变形与缺陷的交互作用在熔点附近诱发预熔;随着预变形的进一步增大,变形在畸变处同时诱发液相和正方相,且预变形越大、保温温度越接近熔点,液相生长越明显,反之正方相生长明显.持续保温使得畸变能释放,晶粒最终完全转变为平衡正方相.模拟结果表明:预变形六角相在熔点附近保温时,由于晶界固有缺陷和预变形双重作用使得原子无序度增加,从而在晶界或其他缺陷处产生液相,待能量释放后晶粒再转变成平衡正方相,进而延缓了六角相/正方相相变时间.     

z切LiTaO3单晶的冲击相变研究

利用二级轻气炮加载下的冲击Hugoniot线(冲击波速度D-粒子速度u关系)和粒子速度剖面测量，结合基于密度泛函理论的平面波赝势计算研究了z切LiTaO₃单晶的高压相变.实验发现，D-u关系在u=0.95km/s附近出现明显拐折；实测波剖面中25.9 GPa和32.6 GPa时观测到弹-塑性双波结构，而终态压力为42.7 GPa和53.0 GPa时则为三波结构.上述结果都清楚地表明z切LiTaO₃单晶冲击相变的发生，相变起始压力约为37.9 GPa.同时，理论计算的菱形相(R3c对称群)压缩线与低压实验数据符合较好，而正交相(Pbnm对称群)压缩线则与扣除热压贡献的高压实验数据相符，由此推断z-切LiTaO₃的高压相为正交结构.从实验和理论上澄清了z切LiTaO₃的相变起始压力和高压相晶体结构的认识，研究工作亦对类似单晶材料的冲击相变研究有参考价值.