Pt2Mo型超点阵相诱发NiCrMo合金室温锯齿微观机制的原位透射应变研究

The application and process of many alloy materials is limited by serrated flow effect, which influence mechanical property of alloys. It is very important to discover the micromechanism of serration. New flow units are introduced into the matrix when interaction between order phases and dislocations occur due to ordered arrangement of atoms in Bravals lattice. As a result, room temperature serration is shown in order phase strengthened alloys under plastic deformation. However, micromechanism of the room temperature serration is unclear because of lack of direct observation of the experiment for evolution of substructures. Therefore, based on micropillar compression tests with both in-situ TEM characterization technique and high-speed photography, evolution of microstructure in nanoscale Pt2Mo-type superlattices strengthened NiCrMo alloys during plastic deformation at room temperature is characterized by in-situ observation and recorded by real time. Evolution of new flow units (matrix twins and superlattice twins induced by stress, matrix twins induced by deformation of superlattices and antiphase domain boundary) will be revealed during plastic deformation. Micromechanism of room temperature serration in Pt2Mo-type superlattices strengthened NiCrMo alloys will be illuminated. The structure-function relationship model between the microstructure and the room temperature serration will be established by means of the matching map between the microstructure and the serration. The research work is helpful for the optimization of compositon and plastic processing of order phase strengthened alloys.

锯齿效应影响合金的力学性能，使得许多合金材料的加工、应用受到了很大限制，因此研究锯齿效应并揭示其微观机制意义重大。由于原子在布拉菲点阵中有序占位，有序相与位错作用时会引入新型流动单元等微观亚结构，结果有序相强化合金在塑性变形时一反常态表现出了室温锯齿效应。然而，目前对其亚结构演化规律缺乏实验的直接观察，致使此类室温锯齿效应的微观机制尚不清楚。为此，本项目提出基于搭载有原位透射表征及高速摄影技术的微柱压缩法，实现在室温塑性变形中，对纳米级Pt2Mo型超点阵相强化NiCrMo合金的微观结构演化进行精准的原位观察表征和实时拍照记录，阐明新型流动单元（应力诱发超点阵相孪晶及基体孪晶、超点阵相形变诱发基体孪晶、反相畴界等）的演变规律，揭示有序强化相诱发室温锯齿效应的微观机制。并通过绘制微观结构与宏观室温锯齿间的匹配图，建立两者之间的构-效模型。本研究有益于有序相强化合金的成分设计优化和塑性加工。

锯齿效应间接影响合金的疲劳寿命和延展性等力学性能，限制了许多合金材料的应用，因此研究锯齿效应并揭示其微观机制意义重大。然而，在Pt2Mo型有序相强化的Ni-Cr-Mo系合金中所发现的室温锯齿效应，由于缺乏对合金中亚结构演化规律的实验支撑，且主流的锯齿微观机制难以合理解释此类室温锯齿效应，使得此类室温锯齿效应的微观机制尚不清楚。基于此，本项目采用准原位透射电子单晶微柱压缩法较为系统地研究了Pt2Mo型有序相强化的Ni-Cr-Mo系合金在室温塑性变形条件下的微观组织结构演变过程，阐明了新型流动单元的演化规律，并以此揭示了有序强化相诱发的室温锯齿效应的微观机制。研究表明，当去除晶界、晶粒尺寸及晶粒取向的影响时，不论有无Pt2Mo型有序相，其单晶微柱试样的室温应力-应变曲线均出现了类台阶，但包含有序相试样的流变曲线在出现应变平台前不出现pop-in特征。流变曲线特征的变化主要是由有序相所诱导的塑性变形机制的改变而引起的，即有序相微柱试样的塑性变形主要由(-111)[-1-21]一次形变孪晶、(1-11)[1-1-2]二次形变孪晶以及堆垛层错等流动单元控制，而无有序相微柱试样却以单一的(-111)[01-1]位错滑移为主。此外，在室温压缩后的有序相微柱试样中观察到了退有序化以及退孪生现象，且两种现象影响流变曲线特征，这可能是由变形微柱中激发出的不同类型位错导致位错与有序相之间复杂的交互作用而引起的，值得后续深入探讨。另一方面，在Pt2Mo型有序相强化的Ni-Cr-Mo系多晶块体拉伸试样中发现了形变孪生变体现象，出现的三种孪生变体的取向依次(111)[11-2]（T1）、(11-1)[112]（T2）、(-111)[-11-2]（T3），且变体T1的织构强度大于变体T2和T3的。塑性变形过程中，晶粒局部区域的扭转以及有序相自身的变体选择效应可能贡献于塑性变形过程中孪生变体的出现。基于微观结构分析可知，有序相所诱发的不同类型流动单元是室温锯齿效应出现的主要原因。本项目结果不仅对深入理解有序相强化合金中室温锯齿效应的微观机制具有重要的理论意义，而且对此类合金的成分设计优化、塑性加工也具有重要的工程应用价值。