【摘要】：真實材料的微觀演化行為一直是人們所感興趣的研究方向,特別是納觀尺度下的缺陷運動情況。受制于設(shè)備的限制,一直以來,人們只能通過實驗得到的圖案,結(jié)合一些數(shù)據(jù)結(jié)果,來推測材料的行為。但是當研究的材料結(jié)構(gòu)或材料所屬的環(huán)境很復(fù)雜時,這時候就需要采用計算機模擬實驗。晶體相場(PFC,Phase-Field-Crystal)法是一種可以模擬晶體納米尺度結(jié)構(gòu)的研究方法,通過確定研究對象的密度場和最小化自由能函數(shù),結(jié)合相應(yīng)的動力學方程,即可模擬納米尺度下晶體材料的演化過程。目前已發(fā)展成為一種成熟的模擬納米材料的研究手段,與傳統(tǒng)的相場方法相比,晶體相場方法能夠勝任描述原子尺度結(jié)構(gòu)和大的擴散時間尺度的研究。工程使用的金屬材料一般是多晶體。材料加工過程中,多晶體會受到各種作用,如擠壓,腐蝕,高溫等,這直接影響到材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的變化。所以多晶體的塑性變形研究一直受到人們的廣泛關(guān)注。鑒于此,本文將采用PFC法研究純物質(zhì)多晶材料內(nèi)部在單、雙方向應(yīng)力和動、靜態(tài)載荷的作用下晶界演化過程,探究晶界上位錯運動、位錯反應(yīng)與溫度,應(yīng)力應(yīng)變速率大小、方向和應(yīng)力形式的關(guān)系,研究晶界運動的演化過程,分析內(nèi)部畸變能的變化情況,揭示納米多晶材料受應(yīng)力作用的微觀機理。得到如下結(jié)論:1、采用PFC法模擬多晶體塑性變形,觀察到晶粒旋轉(zhuǎn)、晶粒吞并、大小角晶界遷移等現(xiàn)象。晶粒旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生在取向差較小的兩晶粒之間,而晶粒吞并現(xiàn)象發(fā)生在大晶粒與小晶粒之間。2、溫度的改變使得晶界出現(xiàn)不同程度的預(yù)熔化。低溫下的晶粒旋轉(zhuǎn)困難,位錯容易滑移進入晶粒內(nèi)部,補償了晶粒取向的差異。而溫度較高時,晶界遷移速度更快,更容易出現(xiàn)晶粒吞并現(xiàn)象。3、應(yīng)力方向的改變使得晶粒生長方向也隨之改變,晶粒生長傾向于向垂直于壓力軸的方向發(fā)展,而晶界傾向于平行或者垂直于壓力軸的方向發(fā)展。4、增加了應(yīng)變速率后,晶界遷移與位錯運動的速率變快。靜態(tài)雙軸應(yīng)力作用下,多晶體材料在前期發(fā)生劇烈變化,出現(xiàn)位錯的發(fā)射與分解。對比動態(tài)雙軸應(yīng)力作用下樣品的演化,靜態(tài)雙軸應(yīng)力在前期能形成更高的位錯密度。
[Abstract]:The micro-evolution behavior of real materials has always been an interesting research direction, especially the defect motion on a nanoscale scale. Because of the limitation of the equipment, people can only infer the behavior of the material by the pattern obtained from the experiment and the result of some data. But when the material structure or the environment of the research is very complex, computer simulation experiment is needed at this time. The crystal phase field (PFC,Phase-Field-Crystal) method is a kind of research method which can simulate the nano-scale structure of crystal. By determining the density field and minimizing the free energy function of the research object, the corresponding kinetic equations are combined. The evolution process of crystal materials at nanometer scale can be simulated. At present, it has developed into a mature research method for simulating nano-materials. Compared with the traditional phase-field method, the crystal phase-field method can describe the atomic-scale structure and the large diffusion time-scale. The metal materials used in engineering are usually polycrystals. In the process of material processing, polycrystals will be subjected to various effects, such as extrusion, corrosion, high temperature and so on, which directly affect the change of microstructure inside the material. So the research on plastic deformation of polycrystals has been paid more and more attention. In view of this, the PFC method will be used to study the grain boundary evolution process of pure material polycrystalline materials under the action of single, biaxial stress and dynamic and static loads. The dislocation motion, dislocation response and temperature, stress and strain rate on grain boundary will be investigated. The relationship between direction and stress form is studied, the evolution process of grain boundary movement is studied, the variation of internal distortion energy is analyzed, and the micro-mechanism of stress action on nano-polycrystalline materials is revealed. The conclusions are as follows: 1. PFC method is used to simulate the plastic deformation of polycrystals. The phenomena of grain rotation, grain annexation, grain boundary migration and so on are observed. The grain rotation occurs mainly between the two grains with smaller orientation difference, while the phenomenon of grain annexation occurs between the large grain and the small grain. 2, the change of temperature makes the grain boundary pre-melt in varying degrees. It is difficult to rotate the grain at low temperature, and the dislocation slip easily into the grain, which compensates the difference of grain orientation. When the temperature is higher, the grain boundary migration speed is faster, and it is easier to appear the phenomenon of grain annexation. 3, the direction of grain growth changes with the change of stress direction, and the grain growth tends to develop in the direction perpendicular to the pressure axis. The grain boundary tends to develop parallel or perpendicular to the pressure axis. 4. When the strain rate is increased, the velocity of grain boundary migration and dislocation movement becomes faster. Under the action of static biaxial stress, the polycrystalline material changes dramatically in the early stage, resulting in the emission and decomposition of dislocations. Compared with the evolution of the samples under dynamic biaxial stress, the static biaxial stress can form a higher dislocation density at the early stage.
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O76

【參考文獻】

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本文編號：2447861