納米孿晶金屬與歷史無關的穩定不應爸爸循環響

  納米孿晶金屬與歷史無關的穩定不應爸爸循環響應研究取得突破

 

  現在年 ,在競賽前 ,龍遊又是一連下瞭幾天的雨 疲勞通常指反復施加循環載荷(遠小於原料的屈从應力極限)而惹起的一種原料弱化過程。實際退役過程中約90%金屬構件的生效均由疲勞斷裂惹起 ,其缘由是原料在循環加載過程中微觀結構不斷變化、蒙受嚴重且不行逆轉的累積損傷,從而導致原料循環硬化或軟化直至最終生效  。金屬原料的非穩定循環響應及疲勞壽命強烈依賴於其疲勞歷史 ,實際復雜循環載荷退役條件下金屬構件的疲勞生效和壽命預測愈加困難。因而,抗疲勞損傷原料發展的严重瓶頸問題就是如何減小或抑制循環變形過程中微觀結構局域化和不行逆損傷。

  最近,金屬研讨所沈陽原料科學國傢(聯合)實驗室研讨員盧磊研讨組和美國佈朗大學教授高華健研讨組协作,在這一領域获得瞭打破性進展。他們發現具有晶體學對稱結構的納米孿晶金屬不但具有循環穩定響應,并且疲勞累計損傷十分无限。這種具有獨特的穩定循環響應特征和无限累計損傷的納米結構為發展抗疲勞損傷的高功能工程金屬原料提供瞭新思绪。

  研讨人員使用直流電解沉積技術,胜利制備瞭塊體擇優取向納米孿晶純銅樣品。通過傳統拉-壓變幅應變操纵疲勞實驗,研讨瞭該樣品的相關循環應力響應,發現在恒定應永輝似乎正在下一盤大棋 變幅下,其應力響應快速穩定(既不硬化也不軟化眼下,隨著互聯網的浸透,基於車聯網的前瞻技術和智能駕駛項目正成為車企試圖進一步打破的方向 );尤為重要的是,當應變幅階梯式遞進添加以及隨後階梯式遞進減小時,該樣品的應力-應變響應完全可逆,即當應變幅恒定時,應力和應變具有逐个對應關系,且循環滯後環完全重合。該結果标明,經過上萬次循環加載變形之後,納米孿晶金屬的塑性變形是可逆的且沒有累積損傷,表現出一種獨特的與歷史無關的穩定循環響應特征。微觀結構剖析與大規模分子動力學計算模擬發現,循環載荷作用下,納米孿晶結構中僅有單滑移位錯啟動,並在納米尺度孿晶間构成大批超級穩定、互相平行的高度關聯項鏈狀位錯。這種關聯項鏈狀位錯結構往復可逆運動承擔塑性變形,但互相之間並無交互作用,既不破壞納米孿晶結構的穩定性也不形成累積損傷 。納米孿晶金屬與歷史無關的穩定循環響應特征與傳統單晶、粗晶和納米晶體金屬具有的結構非穩定化和嚴重損傷累積的循環變形行為一模一样。

  該结果10月30日在線發表於《自然》雜志。該研讨獲得科技部國傢严重科學研讨計劃、國傢自然科學基金委國際协作重點項目、中科院前沿科學重點研讨項目等的資助。

  論文鏈接

  

  圖1. 納米孿晶Cu與歷史無關的穩定循環響應行為。在變幅疲勞實驗中, 具有差别孿晶片層和晶粒尺寸的兩類納米孿晶樣品隨塑性應變幅階梯式遞進添加時的循環響應曲線(圖a和d)和隨塑性應變幅階梯式遞進減小時的循環響應曲線(圖b和e);圖c和f分別為兩類樣品在差别應變幅時的滯後環。應變幅恒定時,應力和應變具有逐个對應關系,循環滯後環完全重合。

  

  圖2. 分子動力學計算模擬疲勞試驗過程中納米孿晶片層內构成的高度關聯項鏈狀位錯及穩定孿晶界面。

  

 

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