本文選題：分子動力學(xué) + 密排六方金屬�。� 參考：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著制造加工工藝的進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,納米機械器件應(yīng)用越來越廣泛,其力學(xué)行為表現(xiàn)出不同于宏觀力學(xué)的性能和規(guī)律。通常,材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及變形機制主導(dǎo)其力學(xué)性能及行為。因此,迫切需求從微觀領(lǐng)域了解材料變形的內(nèi)在機理。目前,尚沒有成熟的理論框架來描述納米尺度下材料的力學(xué)行為。由于材料制備及實驗技術(shù)等限制,僅通過實驗手段也并不能徹底地認(rèn)識材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)在機制。分子動力學(xué)模擬作為理論研究與實驗觀察的橋梁,是納米尺度力學(xué)研究中的重要工具�？勺粉櫽嘘P(guān)原子的運動軌跡,反映微結(jié)構(gòu)的演化過程,并揭示材料形變的內(nèi)在機理。本文通過分子動力學(xué)模擬研究密排六方金屬在塑性階段的微結(jié)構(gòu)演化過程,重點分析討論各類缺陷在材料塑性變形中的形核生長機制與行為。全文主要工作及成果總結(jié)如下:(1)結(jié)合廣義層錯能理論計算及分子動力學(xué)壓縮模擬研究討論了密排六方金屬鎂中錐面c+a位錯的分解機理。首先,通過計算{1011}面及相鄰交替面{3032}及{3034}的廣義層錯能,得到了 {1011}1123錐面位錯徑直滑移路徑的能量以及可能的位錯分解路徑。同時,通過對[1210]方向為周期邊界的二維鎂單晶模型的c軸壓縮模擬,得到了{(lán)1011}1123錐面位錯的動態(tài)分解路徑。與理論分析路徑對比,結(jié)果相符。此外,{1122}面的廣義層錯能計算結(jié)果顯示,徑直的c+a方向是全位錯滑移的最小能量路徑,沒有其他能量更低的分解路徑。然而,在[1010]方向為周期邊界的二維鎂單晶模型c·軸壓縮模擬中觀察到了兩種{1122}面錐面位錯形式。其中一種形式與廣義層錯能結(jié)果基本相符,另一種是由兩個相鄰{1122}面上的部分位錯共同作用實現(xiàn)。從廣義層錯能曲面分析可知,實現(xiàn)部分位錯所需能量比全位錯路徑中的不穩(wěn)定堆垛能要低。(2)通過對密排六方金屬鎂單晶納米柱不同取向拉伸和壓縮的分子動力學(xué)模擬,總結(jié)出不同的初始塑性變形機制,主要包括柱面a滑移、基面a滑移、錐面c+a滑移及各種形式的晶體再取向。其中,重點研究了基面/柱面(BP)轉(zhuǎn)向晶粒、"{1011}-{1012}"類雙孿晶以及剪切帶等不同的晶體再取向行為及內(nèi)在機理。首先,在鎂單晶納米柱c軸拉伸時,BP晶粒轉(zhuǎn)向在塑性變形中起到重要作用。它的形核是通過區(qū)域原子曳步使得基體基面或柱面上原子重組,從而實現(xiàn)基面與柱面間的轉(zhuǎn)化。而BP界面的遷移則是基于原子曳步機制,由界面錯階運動引起的。該錯階的運動更傾向于沿?zé)o晶格錯配的[1210]方向而不是錯配方向[1010]/[0001]。由于BP面與{1012}孿晶界可通過界面錯階的滑移和堆積相互轉(zhuǎn)化,再取向晶體與基體的界面可由BP面與{1012}孿晶界交替組成,也可由BP與PB面直接交替組成。其次,在沿鎂單晶納米柱a軸及其附近軸向拉伸時,類似于{1 011}-{1012}雙孿晶的再取向晶粒是重要的塑性變形機制。兩個轉(zhuǎn)向晶粒間的界面有兩種形式:以傳統(tǒng)的{1012}孿晶界為主和以BP界面為主。再取向晶粒與基體間的界面結(jié)構(gòu),除傳統(tǒng)的{1011}孿晶界外,還存在一個特殊的粗糙界面。該界面是由多個位錯堆積形成,通過原子曳步機制實現(xiàn)界面遷移。類雙孿晶中各類界面的遷移與荷載方向密切相關(guān),在后期的塑性變形中直接主導(dǎo)著兩個再取向晶粒間的競爭。此外,在一定取向范圍拉壓過程中還呈現(xiàn)出一種特殊的再取向晶體—剪切帶。剪切帶與基體間界面{1211}的遷移依賴于界面位錯的運動。(3)通過分子動力學(xué)方法分別對密排六方金屬鈦納米圓柱、八棱柱及方柱進(jìn)行了拉伸加載模擬,重點探討了密排六方(_(hcp))晶體向面心立方(_(fcc))晶體相變的內(nèi)在機理及影響因素。從[1010]軸向拉伸的塑性變形結(jié)果中可知,_(hcp)-_(fcc)相變是除了柱面a位錯外另一個重要的塑性變形行為。該相變由多個間隔部分柱面位錯堆垛形成。其相界的對應(yīng)面及對應(yīng)方向為{1010}_(hcp)||{110}_(fcc)和0001_(hcp)||001_(fcc)。本章著重分析了影響該相變形成的兩個因素:表面效應(yīng)和取向效應(yīng)。結(jié)果表明,該相變只有在{1122}面為外表面,同時沿～[1010]軸向加載時才會容易出現(xiàn)。從表面能角度來看,粗糙的{1122}表面與相變后的最密排表面{111}間較大的表面能量差促使不穩(wěn)定界面向穩(wěn)定界面轉(zhuǎn)變。同時,該相變的形核不需要過大的柱面剪切力,因為過大的剪切力容易激發(fā)跟隨部分位錯,導(dǎo)致柱面a全位錯的形核。本文揭示了密排六方金屬鎂和鈦在納米尺度下的塑性變形機制,給出了位錯分解、晶體再取向、晶界遷移、相變等多種演化行為的詳細(xì)分析。為提高材料強度和塑性的設(shè)計提供了理論指導(dǎo),對材料的開發(fā)與利用具有科學(xué)意義。
[Abstract]:In this paper , the mechanism of the dislocation of the conical surface c + a in hexagonal metal magnesium is studied by means of molecular dynamics simulation . In this paper , the transformation between the base and the cylindrical surface is realized by means of atomic drag . The interface between the crystal and the substrate has two forms : the traditional { 1012 } grain boundary and the { 1012 } twin grain boundary . ( 3 ) In this chapter , the internal mechanism and the influencing factors of the phase transition of hexagonal metal - titanium nano - cylinder , octaprism and square pillar are studied by molecular dynamics method . It is found that the phase transition is the other important plastic deformation behavior except for the cylindrical surface a dislocation . The results show that this phase change can only be easily caused by the dislocation of the cylindrical surface . The results show that the phase change is only on the { 1 1122 } plane and the corresponding direction is { 1010 } _ ( hcp ) - -{ 110 } _ ( fcc ) and 0001 _ ( hcp ) - -001 _ ( fcc ) .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG111

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 肖林;密排六方金屬的塑性變形[J];稀有金屬材料與工程;1995年06期

2 肖林,顧海澄;密排六方金屬鋯及鋯-4的疲勞變形機理及壽命預(yù)測[J];自然科學(xué)進(jìn)展;1999年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 俎群;密排六方金屬塑性變形機制的分子動力學(xué)研究[D];北京交通大學(xué);2017年

，

本文編號：1868624