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SiC硬脆材料纳米切削的亚表层损伤与塑性去除机理探析
1
作者
陈晶晶
陈莎
+2 位作者
朱海燕
袁军军
罗泽宇
《中国机械工程》
北大核心
2025年第10期2312-2321,共10页
采用分子动力学法与微观切削实验法对SiC塑性去除机理展开研究。研究发现,切削弹性期的SiC受挤压诱导产生的晶格高畸变效应导致原子矢量位移出现与切削运动方向相反的回流运动趋势,而切削中期弹塑性变形区的原子矢量位移出现涡流运动趋...
采用分子动力学法与微观切削实验法对SiC塑性去除机理展开研究。研究发现,切削弹性期的SiC受挤压诱导产生的晶格高畸变效应导致原子矢量位移出现与切削运动方向相反的回流运动趋势,而切削中期弹塑性变形区的原子矢量位移出现涡流运动趋势。研究结果表明,分子动力学模拟的SiC纳米切削已加工表面的塑性变形介导的非晶层覆盖、立方结构向闪锌矿结构的相变转化、剪切带与裂纹形成同实验结果保持一致,已加工表面区的台阶式随机表面粗糙度随着切削温度和速度的增加而增大。切削塑性去除机理为:刀具和工件紧密接触区的高温高应力会诱使剪切带从前刀面流出,形成切削形貌构型。随着切削距离和切削速度的增加,亚表层损伤度逐渐减小,而随着切削温度和深度的增加,亚表层损伤度逐渐增大;随着切削速度的增加,切屑形貌由卷积形态逐渐变成条状形态;随着体系温度的上升,切屑形貌以卷积形态为主。
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关键词
微结构演化
分子动力学模拟
塑性去除
相变转化
硬脆材料
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职称材料
界面层间距对纳米结构金属Al力学性能影响的分子动力学探析
2
作者
陈晶晶
陈莎
+2 位作者
姜艳青
占慧敏
罗泽宇
《材料导报》
2025年第21期211-221,共11页
克服传统结构金属强度和塑性不可兼得的倒置关系一直是工程界和学术界面临的挑战性难题和亟需解决的关键性科学问题。本工作从界面工程考虑,基于纳米压痕法,研究了界面层间距、极端服役温度对孪晶Al和单晶Al微结构演化与压痕力学性能的...
克服传统结构金属强度和塑性不可兼得的倒置关系一直是工程界和学术界面临的挑战性难题和亟需解决的关键性科学问题。本工作从界面工程考虑,基于纳米压痕法,研究了界面层间距、极端服役温度对孪晶Al和单晶Al微结构演化与压痕力学性能的影响。巧妙利用孪晶界面层间距构筑的纳米限域效应,实现纳米结构金属Al力学性能的强化,揭示纳米结构金属Al本征力学性能强韧化机理。研究发现:层间距构筑的纳米限域效应会主导客体可动位错强烈钉扎于孪晶界面上,使受限域可动位错发生交缠,显著提高受限腔域可动位错密度,是其对纳米结构金属Al主体力学性能起到强化作用的原子尺度机制。结果指出,孪晶Al力学性能强化效应会随界面层间距的减小而增加,受极端服役温度改变的影响小。限域腔道集中的高应力会驱动可动位错迁演增殖与基底结构相变转化,协同主导了纳米结构金属Al塑性变形。同时,纳米结构金属Al表面失配斑和孪晶界面受损域积累的应力集中会随界面层间距的减小而增加,也是诱驱位错形核与发射的源动力。服役温度越高,接触区剪切应变局域化越剧烈,界面接触刚度越弱,使得界面接触质量越大,导致卸载时的黏着效应越显著;而层间距的减小提高了界面接触刚度,有效减少了界面接触原子数,减小了界面接触质量。本工作可为通过调控纳米限域效应来实现结构金属材料的强韧化提供理论依据。
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关键词
纳米压痕
力学性能
金属强化
分子动力学
界面工程
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职称材料
单晶FeCoNiCrMn高熵合金纳米压痕分子动力学模拟
3
作者
罗泽宇
赵洪坡
+1 位作者
佘宏飞
陈晶晶
《兵器材料科学与工程》
2025年第6期28-36,共9页
对单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni塑性变形微结构与力学性能关联性研究,有助于研发新型强韧化高熵合金服役于航空发动机、核反应堆包壳管、空天超声电机等国防重大领域。因此,采用经典分子动力学方法研究受载响应下的单晶FeCoNiCrMn高...
对单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni塑性变形微结构与力学性能关联性研究,有助于研发新型强韧化高熵合金服役于航空发动机、核反应堆包壳管、空天超声电机等国防重大领域。因此,采用经典分子动力学方法研究受载响应下的单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni塑性变形行为与力学性能差异,比对极端低温10 K到高温1 100 K对高熵合金和Ni材料的压痕力学性能、剪切变形、微结构演化、相变转化、位错总长、应力分布的影响。结果表明:单晶FeCoNiCrMn高熵合金的压痕力学性能强于单晶Ni,其原子尺度机制源于受载诱导产生的类鼓包状结构,限制了位错多方向滑移,位错被局限于鼓包状结构内,起到强化作用。压痕时FeCoNiCrMn高熵合金塑性变形区呈均匀化,剪切变形分布范围也较单晶Ni小。高熵合金和Ni材料塑性变形机制主要以Shockley不全位错,以FCC结构向HCP结构相变转化的协同为主导。其中,相变转化类型的非晶数占比最高,HCP结构其次,BCC结构最低。随着服役温度升高,单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni的位错总长逐渐升高,压痕力学性能的最大承载性、硬度、弹性模量、接触刚度都逐渐降低。从极端低温10 K上升到高温1 100 K时,单晶FeCoNiCrMn高熵合金压痕力学性能降幅为31.49%,单晶Ni压痕力学性能降幅为20.62%。此研究将对理解单晶FeCoNiCrMn高熵合金塑性变形机制有更深认识,为后期通过多主元配比或界面结构设计调控镍基高温合金的力学性能提供理论基础。
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关键词
FeCoNiCrMn
高熵合金
纳米压痕
分子动力学
力学性能
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职称材料
题名
SiC硬脆材料纳米切削的亚表层损伤与塑性去除机理探析
1
作者
陈晶晶
陈莎
朱海燕
袁军军
罗泽宇
机构
南昌理工学院机械表/界面摩擦磨损与防护润滑研究中心
出处
《中国机械工程》
北大核心
2025年第10期2312-2321,共10页
基金
国家自然科学基金(62563030)
江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ2402622、GJJ2402616)
+1 种基金
南昌理工学院科研课题(NLZK2418、NLZK2446)
基于“竞赛+项目”的机械类学生双创能力培养体系构建项目(NLJG-24-21)。
文摘
采用分子动力学法与微观切削实验法对SiC塑性去除机理展开研究。研究发现,切削弹性期的SiC受挤压诱导产生的晶格高畸变效应导致原子矢量位移出现与切削运动方向相反的回流运动趋势,而切削中期弹塑性变形区的原子矢量位移出现涡流运动趋势。研究结果表明,分子动力学模拟的SiC纳米切削已加工表面的塑性变形介导的非晶层覆盖、立方结构向闪锌矿结构的相变转化、剪切带与裂纹形成同实验结果保持一致,已加工表面区的台阶式随机表面粗糙度随着切削温度和速度的增加而增大。切削塑性去除机理为:刀具和工件紧密接触区的高温高应力会诱使剪切带从前刀面流出,形成切削形貌构型。随着切削距离和切削速度的增加,亚表层损伤度逐渐减小,而随着切削温度和深度的增加,亚表层损伤度逐渐增大;随着切削速度的增加,切屑形貌由卷积形态逐渐变成条状形态;随着体系温度的上升,切屑形貌以卷积形态为主。
关键词
微结构演化
分子动力学模拟
塑性去除
相变转化
硬脆材料
Keywords
micro-structural evolution
molecular dynamics simulation
plastic remove
phase transition
hard brittle material
分类号
TH114.1 [机械工程—机械设计及理论]
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职称材料
题名
界面层间距对纳米结构金属Al力学性能影响的分子动力学探析
2
作者
陈晶晶
陈莎
姜艳青
占慧敏
罗泽宇
机构
南昌理工学院机械表/界面摩擦磨损与防护润滑研究中心
出处
《材料导报》
2025年第21期211-221,共11页
基金
国家自然科学基金(62563030)
江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ2402616)
+2 种基金
南昌理工学院科研课题(NLZK2401,NLZK2406)
基于新工科建设背景的智能制造工程应用型人才培养体系研究(2022BC070)
基于“竞赛+项目”的机械类学生双创能力培养体系构建(NLJG-24-21)。
文摘
克服传统结构金属强度和塑性不可兼得的倒置关系一直是工程界和学术界面临的挑战性难题和亟需解决的关键性科学问题。本工作从界面工程考虑,基于纳米压痕法,研究了界面层间距、极端服役温度对孪晶Al和单晶Al微结构演化与压痕力学性能的影响。巧妙利用孪晶界面层间距构筑的纳米限域效应,实现纳米结构金属Al力学性能的强化,揭示纳米结构金属Al本征力学性能强韧化机理。研究发现:层间距构筑的纳米限域效应会主导客体可动位错强烈钉扎于孪晶界面上,使受限域可动位错发生交缠,显著提高受限腔域可动位错密度,是其对纳米结构金属Al主体力学性能起到强化作用的原子尺度机制。结果指出,孪晶Al力学性能强化效应会随界面层间距的减小而增加,受极端服役温度改变的影响小。限域腔道集中的高应力会驱动可动位错迁演增殖与基底结构相变转化,协同主导了纳米结构金属Al塑性变形。同时,纳米结构金属Al表面失配斑和孪晶界面受损域积累的应力集中会随界面层间距的减小而增加,也是诱驱位错形核与发射的源动力。服役温度越高,接触区剪切应变局域化越剧烈,界面接触刚度越弱,使得界面接触质量越大,导致卸载时的黏着效应越显著;而层间距的减小提高了界面接触刚度,有效减少了界面接触原子数,减小了界面接触质量。本工作可为通过调控纳米限域效应来实现结构金属材料的强韧化提供理论依据。
关键词
纳米压痕
力学性能
金属强化
分子动力学
界面工程
Keywords
nanoindentation
mechanical property
metal strengthening
molecular dynamics
boundary engineering
分类号
TG146 [一般工业技术]
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职称材料
题名
单晶FeCoNiCrMn高熵合金纳米压痕分子动力学模拟
3
作者
罗泽宇
赵洪坡
佘宏飞
陈晶晶
机构
南昌理工学院机械表/界面摩擦磨损与防护润滑研究中心
出处
《兵器材料科学与工程》
2025年第6期28-36,共9页
基金
国家自然科学基金(62563030)
江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ2402616)
+2 种基金
云南贵金属实验室科技计划项目(YPML-2023050253)
南昌理工学院科研课题(NLZK2418,NLZK2446,2022BC070)
基于“竞赛+项目”的机械类学生双创能力培养体系构建项目资助(NLJG-24-21)。
文摘
对单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni塑性变形微结构与力学性能关联性研究,有助于研发新型强韧化高熵合金服役于航空发动机、核反应堆包壳管、空天超声电机等国防重大领域。因此,采用经典分子动力学方法研究受载响应下的单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni塑性变形行为与力学性能差异,比对极端低温10 K到高温1 100 K对高熵合金和Ni材料的压痕力学性能、剪切变形、微结构演化、相变转化、位错总长、应力分布的影响。结果表明:单晶FeCoNiCrMn高熵合金的压痕力学性能强于单晶Ni,其原子尺度机制源于受载诱导产生的类鼓包状结构,限制了位错多方向滑移,位错被局限于鼓包状结构内,起到强化作用。压痕时FeCoNiCrMn高熵合金塑性变形区呈均匀化,剪切变形分布范围也较单晶Ni小。高熵合金和Ni材料塑性变形机制主要以Shockley不全位错,以FCC结构向HCP结构相变转化的协同为主导。其中,相变转化类型的非晶数占比最高,HCP结构其次,BCC结构最低。随着服役温度升高,单晶FeCoNiCrMn高熵合金与单晶Ni的位错总长逐渐升高,压痕力学性能的最大承载性、硬度、弹性模量、接触刚度都逐渐降低。从极端低温10 K上升到高温1 100 K时,单晶FeCoNiCrMn高熵合金压痕力学性能降幅为31.49%,单晶Ni压痕力学性能降幅为20.62%。此研究将对理解单晶FeCoNiCrMn高熵合金塑性变形机制有更深认识,为后期通过多主元配比或界面结构设计调控镍基高温合金的力学性能提供理论基础。
关键词
FeCoNiCrMn
高熵合金
纳米压痕
分子动力学
力学性能
Keywords
FeCoNiCrMn
high entropy alloy
nanoindentation
molecular dynamics
mechanical property
分类号
TG146.21 [一般工业技术]
TB383.1 [金属学及工艺]
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职称材料
题名
作者
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被引量
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1
SiC硬脆材料纳米切削的亚表层损伤与塑性去除机理探析
陈晶晶
陈莎
朱海燕
袁军军
罗泽宇
《中国机械工程》
北大核心
2025
0
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下载PDF
职称材料
2
界面层间距对纳米结构金属Al力学性能影响的分子动力学探析
陈晶晶
陈莎
姜艳青
占慧敏
罗泽宇
《材料导报》
2025
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
单晶FeCoNiCrMn高熵合金纳米压痕分子动力学模拟
罗泽宇
赵洪坡
佘宏飞
陈晶晶
《兵器材料科学与工程》
2025
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职称材料
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