發(fā)布時間：2017-08-08 05:18

  本文關鍵詞：應力作用下納米晶體材料小角度晶界位錯運動過程的研究

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【摘要】：納米晶體材料相對于傳統(tǒng)材料具有獨特的機械性能,在機械加載過程中,許多納米晶體材料具有非常良好的彈塑性,關于其形成機制,目前已經(jīng)被廣泛研究。材料的微觀結構決定了材料的宏觀性質,當納米晶體材料中的晶粒只有僅僅幾納米到幾十納米時,晶粒與晶粒之間的晶界以及組成晶界的位錯對于納米材料的塑性變形則起著很重要的作用。一般來說,納米晶體材料的塑性以及超塑性機制可分為以下幾種：普通的位錯滑移、沿晶界擴展蠕變、三晶界連接點旋轉變形、晶界滑移以及孿晶等等。這些機制的激活大都基于納米晶體材料的晶粒尺寸。在本論文,依照二維位錯-向錯動力學,構建了一個理論模型來描述形變中的納米晶體材料中小角度傾側晶界瓦解的過程。運用位錯彈性理論,計算了晶界位錯在應力場中的受力,同時結合位錯動力學公式,計算晶界瓦解所需的臨界切應力,并分析在瓦解過程中位錯整體的運動過程。本論文首次計算并模擬研究了同時受到x方向和y方向作用力的晶界位錯運動問題。通過這一系列的研究,可以揭示納米材料在塑性變形過程中具有大量的可移動的位錯的形成機制。這有助于了解納米晶體材料的優(yōu)異的塑性性能。在本論文的計算模擬過程中,得到了如下結論：1、對于單晶界位錯組態(tài),晶界位錯在受到外應力作用的時候,會由晶界兩端率先發(fā)射位錯,隨著應力的增加,逐漸向晶界中間擴展,最終導致整個晶界瓦解。向錯強度的增加,會導致晶界瓦解難度的增加。2、在單晶界處,得到一組柏氏矢量與x軸成45度夾角的斜排位錯組態(tài)。當不施加外力作用時,晶界位錯以中間位錯為中心順時針旋轉45度,成穩(wěn)定狀態(tài)。當施加外力后,在外應力增加的過程中,位錯整體會逆著柏氏矢量方向滑移。3、對于雙晶界模型,可以分為雙晶界雙位錯組態(tài)模型和雙晶界單位錯組態(tài)模型。這兩組模型綜合研究發(fā)現(xiàn),鄰晶界的存在都會導致小角晶界瓦解所需的臨界切應力減小,即鄰晶界會有助于小角度晶界的瓦解。4、同號的雙晶界單位錯組態(tài)模型中,晶界的存在能夠吸引鄰晶界位錯運動,促進鄰晶界的瓦解。異號的雙晶界單位錯組態(tài)模型中,晶界的存在起到排斥鄰晶界位錯運動的趨勢,但同樣促進鄰晶界的瓦解。晶界的向錯強度越大,向錯作用力對鄰晶界位錯的吸引力或排斥力也越大。兩晶界的晶界長度相等時,晶界瓦解所需的臨界切應力最小。以上結論將有助于了解納米晶體材料在塑性變形過程中位錯的運動演化機制。同時對了解納米材料的良好的塑性性能具有重要的指導意義。
【關鍵詞】：位錯滑移 向錯 剪切應力 小角晶界
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 納米晶體材料的微觀結構11-14
• 1.2.1 晶體缺陷12-13
• 1.2.2 位錯及向錯理論13-14
• 1.3 納米晶體材料變形機制的研究14-15
• 1.4 計算機技術對材料微結構研究的重要意義15-16
• 1.5 問題的提出以及本文研究內(nèi)容16-18
• 1.5.1 問題的提出16-17
• 1.5.2 本文研究內(nèi)容17-18
• 第二章 模型與方法18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 小角晶界模型18-21
• 2.2.1 單晶界位錯組態(tài)的晶界模型18-19
• 2.2.2 雙晶界位錯組態(tài)的晶界模型19-21
• 2.3 晶界處位錯的受力分析21-30
• 2.3.1 應力場對位錯的作用力21-23
• 2.3.2 外加剪切應力對位錯的作用力23-24
• 2.3.3 位錯間相互作用力24-28
• 2.3.4 向錯對位錯的作用力28-30
• 2.4 晶界處位錯的運動方程30
• 2.5 參數(shù)的選取和求解步驟30-31
• 2.6 本章小結31-32
• 第三章 小角傾側晶界中單晶界位錯的湮滅過程32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 單晶界位錯組態(tài)模型32-34
• 3.3 切應力對晶界整體運動的影響34-42
• 3.4 單個位錯的臨界切應力42-45
• 3.5 向錯強度ω對晶界瓦解的影響45-46
• 3.6 不同切應力對斜排位錯整體運動的影響46-50
• 3.7 本章小結50-51
• 第四章 小角傾側晶界中雙晶界位錯的湮滅過程51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 雙晶界單位錯組態(tài)模型與公式51-54
• 4.3 同號向錯中鄰晶界對晶界位錯運動的影響54-60
• 4.3.1 鄰晶界向錯強度ω_l對晶界位錯運動的影響55-58
• 4.3.2 兩晶界間距l(xiāng)對晶界位錯運動的影響58-59
• 4.3.3 鄰晶界晶界長度d_l對晶界位錯運動的影響59-60
• 4.4 異號向錯中鄰晶界對晶界位錯運動的影響60-64
• 4.4.1 鄰晶界向錯強度ω_l對晶界位錯運動的影響62
• 4.4.2 兩晶界間距l(xiāng)對晶界位錯運動的影響62-63
• 4.4.3 鄰晶界晶界長度d_l對晶界位錯運動的影響63-64
• 4.5 雙晶界雙位錯組態(tài)模型的介紹與分析64-66
• 4.6 本章小結66-67
• 第五章 總結67-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文72

【參考文獻】

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本文編號：638402