金属顶刊《Acta》：本位观看IF钢的位错活动及其力教相应
2022-11-16 14:59:49
作者：草莓味的巧克力
导读：金属顶刊《Acta》：原位观察IF钢的位错运动及其力学响应,导读：本文利用透射电子显微镜(TEM)发现UFG IF钢晶粒内部经历了1.0%的微拉伸应变后，位错密度降低；当颈缩区微拉伸应变为15%时，晶粒内部...
导读：本文使用透射电子显微镜(TEM)发觉UFG IF钢晶粒内部履历了1.0%的微拉伸应变后，位错密度低落；当颈缩区微拉伸应变为15%时，晶粒内部位错密度增添。对微柱举行了原位TEM压缩测试直接观看到UFG IF钢中的位错活动以及与晶界的相应相互作用。发觉晶粒内部先前存在的位错向晶界移动，然后被汲取，位错密度明显低落，陪同着预屈服历程中载荷的增添。微柱晶粒内部位错密度的低落与从大块样品得到的效果同等。随着应变增添，晶界显现发作的位错，导致屈服和不一连的屈服举动。
布局质料必要高屈服应力以连结抗塑性变形本领并减轻重量。晶粒细化是改进多晶质料屈服应力的有用要领。由晶粒细化引起的一个紧张题目是屈服举动在小于和大于1mm的晶粒尺寸范畴内存在明显差别。另一方面，均匀晶粒尺寸大于1.5μm的粗晶粒（CG）IF钢试样没有较高的屈服应力，但应力渐渐增大。别的，UFG的ss曲线在较高的屈服应力后没有应变硬化，而是产生了雷同于Lüders的塑性变形，而CG乃至包罗凌驾10％的应变都具有明显的应变硬化，我们将UFG和CG钢材中的屈服举动分别称为不一连屈服和一连屈服。
一连屈服或不一连屈服的屈服举动大概受初始位错密度的支配。CG纯金属通常在单轴拉伸试验中体现出一连屈服，这是由于屈服点处存在高密度的移动位错。此类移动性位错是利用预先存在的位错和已利用Frank-Read位错源天生的。现在一些试验效果与关于UFG质料的位错密度得到的效果相抵牾。比方，通过利用原位X射线衍射丈量，UFG质料的位错密度在早期阶段低落，然后乃至在屈服之前就增添，这与约翰斯顿和吉尔曼理论相抵牾。该抵牾可归因于XRD测试精度的极限，即，衍射表面反应了晶粒内部和晶粒界限处的全部位错的晶格畸变，这些位错难以分散。只管现在在位错演化和相干的应力-应变相应方面举行了大量事情，但仍未表现出与位错密度相干的力学举动的直接证据，UFG IF钢的超硬和不一连屈服机理仍不清晰。是以，非常必要直接观看应变历程中的位错运动。
为了弄清晰这种要领对样品的影响，日本国立质料研究生hongxing Li传授等人对UFG和CG IF钢的大块样品举行了通例力学试验，并在拉伸前后用TEM观看了原位压缩测试的位错布局，利用具有超细晶粒（UFG）尺寸的IF钢分析了Hall-Petch效应的“分外硬化”举动和不一连屈服举动的潜伏机理。相干研究效果以题为“Mechanical response of dislocation interaction with grain boundary in ultrafine-grained interstitial-free steel”颁发在Acta Materialia上。论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964542100001X
对付UFG IF钢，TEM原位压缩应变评释，晶粒内部的位错向晶界移动并被汲取而没有聚集。这导致在低于宏观屈服的应力程度下位错密度明显低落。UFG IF钢中的TEM原位应变在宏观屈服后捕捉为爆裂状变形，这大概是应力应变曲线上屈服降落和不一连屈服的根本步调。图1.IF钢在室温下的单轴拉伸试验的工程应力-应变曲线
图2.IF钢，纯Al和Ni-40Co合金的Hall-Petch干系图。
图3.CG和UFG IF钢的SEM-EBSD（IQ）图和相应的反极图（IPF）图
图4.数字图像相干性丈量与UFG IF钢的单轴拉伸测试相联合。
图5.UFG IF钢在1％应变拉伸变形之前和（b）之后以及（c）局部拉伸应变为15％的颈缩地区的暗场LAADF-STEM图像。通过拉伸变形，晶粒内部的均匀位错密度从（a）低落到（b）。（c）中晶粒内部的均匀位错密度高于（b）中。如图4（b）中的箭头所示，从颈缩地区之外的地区拾取具有1％拉伸应变的变形试样。
图6. 数字图像相干性丈量与CG IF钢的单轴拉伸测试相联合。
图7.明场LAADF-STEM图像表现了CG IF钢中具有差别应变的位错布局。（a）在拉伸变形之前，（b）在拉伸变形之后为1％的局部应变地区，以及（c）在拉伸断裂之后为43％的局部应变地区。图6（b）和（c）分别表现了拉伸试样中TEM试样（b）和（c）的位置。
图8.IF钢的X射线衍射效果。
块状UFG IF钢的TEM观看评释，在1％拉伸应变后，晶粒内部的位错密度低落，晶界处的比拟度含糊，评释在晶界处有位错汲取。在CG IF钢中，因为屈服点处的晶粒内部存在充足的移动位错（既存的位错和通过Frank-Read源成核的位错），导致较低的屈服应力和一连屈服。基于Orowan模子和Johnston-Gilman模子的组合，UFG IF钢的屈服和不一连屈服可归因于位错密度的变化图9.压缩测试之前（a）和之后（b）的微柱1的TEM图像。 （c）微型支柱1包罗六种晶粒，并用阿拉伯数字标志。 （d）通过TEM原位微柱压缩试验得到的载荷-位移曲线。
图10.TEM显微照片表现了微柱1的TEM原位压缩测试历程中晶粒内部的位错活动以及随后在晶界处的泯没。
图11 在微柱1中对晶粒1举行原位压缩测试时，位错密度的变化。图像（a）至（e）分别对应于图9（d）的载荷-位移曲线上的位置a-e。通过（a）上的虚线在关闭地区中丈量位错密度。（f）位错密度与压缩载荷的干系。
图12.原位压缩试验之前（a）和之后（b）的微柱2的LAADF-STEM图像，（c）在压缩试验中，位移随时间（蓝色）和相应负载（玄色）的改变而改变，（d）微型支柱2的荷载-位移曲线。图13. LAADF-STEM图像恰恰是在负载降落之前（a）和之后（b）捕捉的，该负载降落对应于图12（d）中的负载－位移曲线上的点1和2。黄色箭头表现了在负荷降落历程中孕育发生的位错，评释晶粒3中存在必然的塑性应变。
图14.载荷降落后由微柱的重新加载引起的晶界位错的动态成核。（a）至（d）分别对应于图12（d）中的载荷-位移曲线上的位置a至d。
图15.表示图表现了在拉伸变形历程中UFG IF钢（赤色）和CG IF钢（蓝色）中的位错布局的变化。 CG IF钢体现出典范的一连屈服，且位错密度ρ单调增添，而UFG IF钢因为其显着的演化举动而显现了分外的硬化和屈服降落。
导读：本文使用透射电子显微镜(TEM)发觉UFG IF钢晶粒内部履历了1.0%的微拉伸应变后，位错密度低落；当颈缩区微拉伸应变为15%时，晶粒内部位错密度增添。对微柱举行了原位TEM压缩测试直接观看到UFG IF钢中的位错活动以及与晶界的相应相互作用。发觉晶粒内部先前存在的位错向晶界移动，然后被汲取，位错密度明显低落，陪同着预屈服历程中载荷的增添。微柱晶粒内部位错密度的低落与从大块样品得到的效果同等。随着应变增添，晶界显现发作的位错，导致屈服和不一连的屈服举动。
布局质料必要高屈服应力以连结抗塑性变形本领并减轻重量。晶粒细化是改进多晶质料屈服应力的有用要领。由晶粒细化引起的一个紧张题目是屈服举动在小于和大于1mm的晶粒尺寸范畴内存在明显差别。另一方面，均匀晶粒尺寸大于1.5μm的粗晶粒（CG）IF钢试样没有较高的屈服应力，但应力渐渐增大。别的，UFG的ss曲线在较高的屈服应力后没有应变硬化，而是产生了雷同于Lüders的塑性变形，而CG乃至包罗凌驾10％的应变都具有明显的应变硬化，我们将UFG和CG钢材中的屈服举动分别称为不一连屈服和一连屈服。
一连屈服或不一连屈服的屈服举动大概受初始位错密度的支配。CG纯金属通常在单轴拉伸试验中体现出一连屈服，这是由于屈服点处存在高密度的移动位错。此类移动性位错是利用预先存在的位错和已利用Frank-Read位错源天生的。现在一些试验效果与关于UFG质料的位错密度得到的效果相抵牾。比方，通过利用原位X射线衍射丈量，UFG质料的位错密度在早期阶段低落，然后乃至在屈服之前就增添，这与约翰斯顿和吉尔曼理论相抵牾。该抵牾可归因于XRD测试精度的极限，即，衍射表面反应了晶粒内部和晶粒界限处的全部位错的晶格畸变，这些位错难以分散。只管现在在位错演化和相干的应力-应变相应方面举行了大量事情，但仍未表现出与位错密度相干的力学举动的直接证据，UFG IF钢的超硬和不一连屈服机理仍不清晰。是以，非常必要直接观看应变历程中的位错运动。
为了弄清晰这种要领对样品的影响，日本国立质料研究生hongxing Li传授等人对UFG和CG IF钢的大块样品举行了通例力学试验，并在拉伸前后用TEM观看了原位压缩测试的位错布局，利用具有超细晶粒（UFG）尺寸的IF钢分析了Hall-Petch效应的“分外硬化”举动和不一连屈服举动的潜伏机理。相干研究效果以题为“Mechanical response of dislocation interaction with grain boundary in ultrafine-grained interstitial-free steel”颁发在Acta Materialia上。论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964542100001X
对付UFG IF钢，TEM原位压缩应变评释，晶粒内部的位错向晶界移动并被汲取而没有聚集。这导致在低于宏观屈服的应力程度下位错密度明显低落。UFG IF钢中的TEM原位应变在宏观屈服后捕捉为爆裂状变形，这大概是应力应变曲线上屈服降落和不一连屈服的根本步调。图1.IF钢在室温下的单轴拉伸试验的工程应力-应变曲线
图2.IF钢，纯Al和Ni-40Co合金的Hall-Petch干系图。
图3.CG和UFG IF钢的SEM-EBSD（IQ）图和相应的反极图（IPF）图
图4.数字图像相干性丈量与UFG IF钢的单轴拉伸测试相联合。
图5.UFG IF钢在1％应变拉伸变形之前和（b）之后以及（c）局部拉伸应变为15％的颈缩地区的暗场LAADF-STEM图像。通过拉伸变形，晶粒内部的均匀位错密度从（a）低落到（b）。（c）中晶粒内部的均匀位错密度高于（b）中。如图4（b）中的箭头所示，从颈缩地区之外的地区拾取具有1％拉伸应变的变形试样。
图6. 数字图像相干性丈量与CG IF钢的单轴拉伸测试相联合。
图7.明场LAADF-STEM图像表现了CG IF钢中具有差别应变的位错布局。（a）在拉伸变形之前，（b）在拉伸变形之后为1％的局部应变地区，以及（c）在拉伸断裂之后为43％的局部应变地区。图6（b）和（c）分别表现了拉伸试样中TEM试样（b）和（c）的位置。
图8.IF钢的X射线衍射效果。
块状UFG IF钢的TEM观看评释，在1％拉伸应变后，晶粒内部的位错密度低落，晶界处的比拟度含糊，评释在晶界处有位错汲取。在CG IF钢中，因为屈服点处的晶粒内部存在充足的移动位错（既存的位错和通过Frank-Read源成核的位错），导致较低的屈服应力和一连屈服。基于Orowan模子和Johnston-Gilman模子的组合，UFG IF钢的屈服和不一连屈服可归因于位错密度的变化图9.压缩测试之前（a）和之后（b）的微柱1的TEM图像。 （c）微型支柱1包罗六种晶粒，并用阿拉伯数字标志。 （d）通过TEM原位微柱压缩试验得到的载荷-位移曲线。
图10.TEM显微照片表现了微柱1的TEM原位压缩测试历程中晶粒内部的位错活动以及随后在晶界处的泯没。
图11 在微柱1中对晶粒1举行原位压缩测试时，位错密度的变化。图像（a）至（e）分别对应于图9（d）的载荷-位移曲线上的位置a-e。通过（a）上的虚线在关闭地区中丈量位错密度。（f）位错密度与压缩载荷的干系。
图12.原位压缩试验之前（a）和之后（b）的微柱2的LAADF-STEM图像，（c）在压缩试验中，位移随时间（蓝色）和相应负载（玄色）的改变而改变，（d）微型支柱2的荷载-位移曲线。图13. LAADF-STEM图像恰恰是在负载降落之前（a）和之后（b）捕捉的，该负载降落对应于图12（d）中的负载－位移曲线上的点1和2。黄色箭头表现了在负荷降落历程中孕育发生的位错，评释晶粒3中存在必然的塑性应变。
图14.载荷降落后由微柱的重新加载引起的晶界位错的动态成核。（a）至（d）分别对应于图12（d）中的载荷-位移曲线上的位置a至d。
图15.表示图表现了在拉伸变形历程中UFG IF钢（赤色）和CG IF钢（蓝色）中的位错布局的变化。 CG IF钢体现出典范的一连屈服，且位错密度ρ单调增添，而UFG IF钢因为其显着的演化举动而显现了分外的硬化和屈服降落。
相关推荐
猜您喜欢
精彩图集
图片推荐
