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力学进展 ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (1): 201505-.doi: 10.6052/1000-0992-14-071

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金属材料力学性能的辐照硬化效应

肖厦子1,2, 宋定坤1, 楚海建3,4, 薛建明2,5, 段慧玲1,2   

  1. 1 北京大学工学院力学与工程科学系, 北京100871;
    2 北京大学工学院应用物理与技术研究中心, 北京100871;
    3 上海大学应用数学与力学研究所, 上海200444;
    4 上海大学理学院力学系, 上海200444;
    5 北京大学物理学院, 北京100871
  • 收稿日期:2014-11-27 出版日期:2015-01-01 发布日期:2015-04-09
  • 通讯作者: 段慧玲, 女, 北京大学理学博士(2005), 长江学者特聘教授, 固体力学博士生导师; 北京大学工学院力学与工程科学系系主任、兼固体力学学科点主任, 北京大学"高能量密度物理数值模拟" 教育部重点实验室副主任. 美国机械工程师协会(ASME) 主办杂志Journal of Engineering Materials and Technology 的副主编、Scientific Reports 等多个杂志的编委; 中国力学学会理事, 副秘书长, 流固耦合专业委员会委员, 固体力学专业委员会生物材料及仿生专业组副组长, 对外交流与合作委员会委员. 近年来, 在非均质材料的弹性力学基本问题、复杂形貌固体表面的弹性理论及浸润理论、薄膜异质结构的力学理论及应用等方面取得了重要的科研成果. 在国内外学术杂志、学术会议上发表学术论文100 余篇, 其中, 科学引文索引(SCI) 收录论文70 多篇, 包括Nature Communications, Proceedings of the National Academy of Science, Advanced Materials, Physical Review Letters, Advances in Applied Mechanics, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Physical Review B, Proceedings of the Royal Society A 等国际期刊, SCI 论文被他人SCI 引用1 300 多次. 有7 篇论文被评为高引用论文和热点论文; 其中有两篇论文入选国际"基本科学指标"(ESI) 高引用论文, 他引均超过180 次. 在IUTAM Symposium、国内外学术会议和多所大学做大会报告、主旨报告和邀请学术报告五十多次. 主持国家杰出青年科学基金、预研探索重大项目、国家自然科学基金面上项目、全国优秀博士学位论文作者专项基金和德国洪堡基金会校友研究组联合基金等多项科研项目; 参加国家自然科学基金重点项目和973 国家基础研究发展计划等. E-mail:hlduan@pku.edu.cn
  • 基金资助:

    国家杰出青年科学基金项目(11225208) 和上海市东方学者项目资助.

Irradiation hardening for metallic materials

Xiazi XIAO1,2, Dingkun SONG1, Haijian CHU3,4, Jianming XUE2,5, Huiling DUAN1,2   

  1. 1 State Key Laboratory for Turbulence and Complex System, Department of Mechanics and Engineering Science, College of Engineering, Peking Universitity, Beijing 100871, China;
    2 HEDPS, Center for Applied Physics and Technology, Peking University, Beijing 100871, China;
    3 Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Shanghai 200444, China;
    4 Department of Mechanics, College of Sciences, Shanghai 200444, China;
    5 Physics School of Peking University, Beijing 100871, China
  • Received:2014-11-27 Online:2015-01-01 Published:2015-04-09

摘要:

开展金属材料力学性能的辐照硬化研究对抗辐照材料的设计及工程应用具有重要意义. 材料辐照损伤效应主要包括材料原子移位产生的辐照缺陷以及由核反应产生的氢、氦等气体杂质对材料性能的影响. 金属材料的辐照效应主要包括辐照硬化、辐照脆化和辐照蠕变等. 该文主要综述在低温(T < 0.3 Tm, Tm 是材料的熔点温度) 和低辐照剂量下, 由原子移位损伤产生的辐照缺陷所导致的辐照硬化行为, 即受辐照缺陷的影响, 材料的强度会升高. 材料的晶粒尺寸、晶界以及温度等因素对多晶材料的辐照硬化具有重要影响. 金属材料力学性能的辐照硬化研究是个多尺度问题, 其宏观力学性能既取决于微观尺度上辐照缺陷导致晶粒内部结构的变化, 也取决于细观尺度上晶粒间的相互作用. 该文从实验结果、数值模拟和理论模型三方面综述金属材料力学性能的辐照硬化研究进展. 在此基础上, 展望了该领域中存在的主要科学问题.

关键词:

金属材料|辐照硬化|温度影响|尺寸效应|力学性能

Abstract:

Investigations on irradiation hardening of metallic materials have much sig- nificance for the design of anti-irradiation materials and engineering applications. Both irradiation-induced defects and gaseous impurities produced by nuclear reactions have dra- matic irradiation effects on the mechanical properties of materials, which include irradiation hardening, irradiation embrittlement and irradiation creep, etc. In this paper we are con- cerned with irradiation hardening, i.e., the strength of materials increases with irradiation, under low irradiation doses and low temperatures of T < 0.3 Tm with Tm the melting temper- ature. Besides, other factors such as the grain size, the grain boundary and the temperature affect mechanical behaviors of irradiated polycrystalline materials. The study of irradia- tion hardening of metallic materials is a multi-scale problem, for which the macroscopic mechanical behaviors of irradiated materials are determined by both the change of interior structures with irradiation at micro-scale and the interactions among irradiated grains at meso-scale. This paper reviews experimental results, numerical simulations and theoretical models for irradiation hardening of metallic materials. Some scientific problems for future study are also presented.

Key words:

metallic materials|irradiation hardening|temperature effect|size effect|mechanical behaviors

中图分类号: 

  • O345