同步辐射高能X射线研究Fe3Al单晶的伪弹性现象

论文摘要

Fe3A1系铁基铝合金是一种新型高温结构材料,拥有抗氧化、比重小等诱人的性能。作为一种形状记忆合金,Fe3A1同样具有形状记忆效应和伪弹性等特性,被广泛应用于工业、航空、国防、医疗器械设备等等各种领域,引起人们越来越多的关注。本实验运用同步辐射高能X射线衍射技术对D03有序结构Fe3A1单晶的伪弹性变形行为进行研究。材料中产生巨大的伪弹性效应时,在加载过程中,每个柏氏矢量为1/4<111>的超点阵半位错运动并拖拽着一个最近邻反相畴界；在卸载过程中,最近邻反相畴界界面张力的作用促使1/4<111>的超点阵半位错反向运动,这一过程导致了Fe3A1伪弹性现象发生。基于这一变形机制的伪弹性行为对应变机敏度和加载方向非常敏感。在DO3有序结构Fe3A1形变过程的原位实验中使用Mar3450线性探测器接收低指数衍射斑点,采用Fit-2D和GSAS软件对衍射数据进行分析获得压缩试样的点阵应变和微应变原位信息,同时利用Matlab软件得到X射线衍射的三维信息。本实验中,对宏观应力作用下微应力的演变及循环载荷下的二维、三维衍射花样分析,得到的主要结论如下：（一）在D03有序结构的Fe3A1单晶中,伪弹性的应变回复度随着应变量的增加而递减,且伪弹性效应随着外加载荷的增加逐渐消失；（二）点阵应变-应力曲线在加载过程中呈现锯齿形波动,同时伴随着衍射峰宽化和相对位移,说明在压缩变形过程中有堆垛层错生成；（三）伪弹性变形中,有序畴的交互作用起着非常重要的作用,（110）晶面微应变曲线出现突变,说明伪弹性变形过程中,（110）晶面微结构发生变化；（四）沿<419>晶向施加外载荷时,（110）晶面衍射斑点在三维衍射图形中沿[111]晶体学方向漫散；（五）随着施加载荷和形变量的增加,空间漫散程度加剧,当晶体结构发生不可逆转变时,卸载后超点阵衍射斑不再恢复初始形态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 伪弹性微观机制
• 1.2.1 伪弹性的概念
• 1.2.2 相变伪弹性机制
• 1.2.3 孪生伪弹性机制
• 1.2.4 反相畴界伪弹性机制
• 3Al'>1.3 伪弹性合金Fe₃Al
• 1.3.1 伪弹性合金的性能及应用概述
• 3Al伪弹性研究概况'>1.3.2 Fe₃Al伪弹性研究概况
• 3Al的结构特征'>1.3.3 Fe₃Al的结构特征
• 3Al的形变特点'>1.3.4 Fe₃Al的形变特点
• 1.4 X射线衍射方法—物质结构的测定
• 1.4.1 X射线衍射方法的发展历史
• 1.4.2 X射线衍射方法概述
• 1.4.3 X射线衍射方法的应用
• 1.4.4 X射线衍射方法的进展
• 1.4.5 同步辐射X射线源
• 1.5 本课题研究内容、目的及意义
• 1.5.1 研究目的及意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验过程
• 2.4 实验分析方法
• 2.4.1 衍射几何学
• 2.4.2 粉末衍射法
• 2.4.3 X射线线形分析
• 第3章 应力计算
• 引言
• 3.1 应力计算
• 3.1.1 弹性体内应力状态分布
• 3.1.2 X射线衍射应力测量原理
• 3.2 应力分析
• 3.2.1 宏观应力-应变
• 3.2.2 微观应力-应变
• 3.3 缺陷分析
• 3.4 小结
• 第4章 三维倒易空间计算
• 引言
• 3Al单晶衍射原始图'>4.1 Fe₃Al单晶衍射原始图
• 4.2 倒易空间计算原理
• 4.2.1 倒易空间图的基本原理
• 4.2.2 倒易空间的实验扫描模式
• 4.2.3 倒易空间计算步骤
• 4.3 倒易空间衍射图分析
• 4.3.1 二维原位衍射图
• 4.3.2 三维空间立体图
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢