基于分子動力學的Al2Cu單軸拉伸模擬與力學性能分析.pdf

1、鋁及鋁合金是社會生產、生活中常用的金屬制品的原始材料。其中的7XXX系Al-Zn-Mg-Cu超硬鋁合金，由于具有比重小、強度高、加工性能好等優(yōu)點，被廣泛應用于航空航天工業(yè)和民用交通工具等。但是7XXX系鋁合金在生產時，受原材料、加工工藝、熱處理工藝等因素的影響，合金基體中存在大量的共格和不共格的第二相粒子。這些第二相粒子對材料的再結晶行為、力學性能、斷裂韌性、耐腐蝕性能等均產生重要影響。
　　本文使用嵌入原子法并基于LAMMPS和

2、Ovito對7XXX系Al-Zn-Mg-Cu超硬鋁合金中常見的粗大第二相粒子Al2Cu進行了單軸拉伸的分子動力學模擬和可視化分析。模擬中分別建立了不含孔洞和含孔洞的初始模型，在進行單軸拉伸的同時對模型施加不同條件。記錄了不同時刻原子坐標、溫度、應力等數(shù)據(jù)，并根據(jù)原子軌跡圖和應力應變曲線對不同條件下的拉伸過程進行了分析。
　　在對不含預制孔洞的Al2Cu10a0×10a0×10b0的超晶胞初始模型進行300K恒溫條件下沿X軸拉伸時發(fā)

3、現(xiàn)Al2Cu非常脆，在應變ε=0.0860時應力就達到峰值6.4Gpa；而當在其中引入預制孔洞后，其抗拉強度和塑性均大幅下降，在ε=0.0498時就到達峰值3.52Gpa。改變拉伸的熱浴條件和工程應變速率時發(fā)現(xiàn)在200K到600K之間，Al2Cu的塑性隨著溫度上升而上升，抗拉強度隨著溫度的上升而下降；而在模擬使用的工程應變速率范圍內，其塑性和抗拉強度均隨著工程應變速率增加而穩(wěn)步上升。分析原子軌跡圖還發(fā)現(xiàn)在應變率為.ε=0.005至.ε=

4、0.01之間存在一個值，當Al2Cu的拉伸應變率超過這個值時，一些拉伸產生的空位就來不及發(fā)生大幅移位，從而在體系內各處均萌生孔洞；而且較大的孔洞有更大的接觸面積使其更容易吸收周圍的空位進行成長，從而壓制周圍較小孔洞的成長。
　　在模擬含有孔洞的Al2Cu單軸拉伸時，在不改變預制孔洞位置的情況下逐漸增加預制孔洞的大小，發(fā)現(xiàn)Al2Cu的塑性和抗拉強度均有所下降。在研究孔洞數(shù)量和孔洞分布對Al2Cu的影響時，建立了20a0×20a0×5