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即上一篇《TESCAN启明星计划青年基金第一期顺利结题》,本期为您分享第一期成果报告之二:
TCNVIPSP - 202103
基于SEM的多尺度原位力学测试方法研究
上海交通大学材料学院
数值模拟研究所
李传维老师
In-situ EBSD/DIC
原位电子背散射衍射技术
将以下三种技术结合,在SEM中原位拉伸时,在不同应变量下采集同一个区域的 EBSD /DIC信号,即原位电子背散射衍射技术(In-situ EBSD/DIC)。
TCNVIPSP - 202103
基于SEM的多尺度
原位力学测试方法研究
本项目利用SEM和原位拉伸装置,结合数字图像相关分析(DIC)和EBSD,建立基于SEM的多尺度原位力学测试方法,研究了材料在拉伸、压缩、弯曲等条件下的变形机理、裂纹的萌生及扩展行为,在核电压力容器用钢、双相钢、高熵合金等材料显微组织对力学性能的影响机理研究中初步应用。
该项目中,研究团队首先在已有原位拉伸试验台的基础上,再次设计原位拉伸、压缩、弯曲夹具,使其具有静态载荷下变形测试与表征的能力,提高了原位拉伸台的适用范围,满足EBSD测试倾转、高分辨DIC测试时工作距离的要求。
另外,研究团队还设计出多尺度散斑的制作方法。利用喷洒、电化学、化学沉积、镀膜等方法制备具有不同特征的散斑。目前已经开发成功的散斑制作方法主要有碳散斑、铟散斑和金散斑,其形貌见图1,散斑特征如表1所示,这些散斑均匀分布,颗粒大小均匀,适于开展多尺度研究。
图1
散斑 | 碳散斑 | 铟散斑 | 金散斑 |
制备 | 喷洒 | 电镀 | 54 |
散斑 | 约10μm | 约1μm | 约0.1μm |
视场放 | 30倍 | 1200倍 | 32000倍 |
视场 | 4mmx2mm | 900μmx600μm | 5μmx5μm |
表1
然后研究团队利用原位EBSD和DIC方法,开发基于SEM的多尺度变形分析方法,同步测试材料在变形过程中的应力/应变,晶体学,局部应变协调信息,揭示材料的变形及强化机理。研究典型结构材料(核电压力容器用钢、聚变堆316LN-Mn不锈钢、航空钛合金、高熵合金等)在变形过程中宏微观变形遗传和演变机理不明的难题,项目将在大量数据积累基础上,建立能够推广的多尺度原位力学测试方法。
科研成果
该项目最后在材料学科主流期刊发表SCI论文三篇:
[1] In situ EBSD/DIC-based investigation of deformation and fracture mechanism in FCC- and L12-structured FeCoNiV high-entropy alloys,International Journal of Plasticity 152 (2022), https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103247
[2] In-situ investigation of deformation behavior in additively manufactured FeCoCrNiMn high entropy alloy, Materials Science & Engineering A 840 (2022), https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142933
[3] Interfacial properties of SiCf/SiC minicomposites with a scheelite coating, Scientifc Reports 12:21950 (2022), https://doi.org/10.1038/s41598-022-26626-9
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