不同取向納米孿晶鎂形變機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、納米孿晶金屬優(yōu)異的綜合力學(xué)性能源于其獨(dú)特的塑性變形機(jī)制。大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試、計(jì)算模擬和理論分析研究結(jié)果顯示，位錯(cuò)-孿晶界的交互作用是決定納米孿晶金屬宏觀力學(xué)性能的本征原因，而這本質(zhì)上不同于多晶體材料中位錯(cuò)-晶界之間的交互作用。事實(shí)上，孿晶的微觀結(jié)構(gòu)特征（如孿晶片層厚度、孿晶長(zhǎng)度、孿晶界取向等）以及外在加載方式等均會(huì)直接影響變形過程中可啟動(dòng)位錯(cuò)類型，從而顯著影響位錯(cuò)與孿晶界的反應(yīng)結(jié)果。因此，本文利用分子動(dòng)力學(xué)方法，對(duì)不同取向的{10(1)2}<

2、10(1)(1)>納米孿晶鎂施加單軸拉伸與壓縮荷載及剪切荷載，分析并討論了各自的力學(xué)性質(zhì)及塑性變形機(jī)制。主要取得如下進(jìn)展:
　　(1)不同取向{10(1)2}<10(1)(1)>納米孿晶鎂在拉伸荷載下的變形機(jī)制為:取向角度較小時(shí)，孿晶位錯(cuò)滑移導(dǎo)致的孿晶界遷移和基面位錯(cuò)滑移導(dǎo)致的面心立方相變共同主導(dǎo)變形過程;隨著角度的增大，孿晶面上切應(yīng)力分量增加，材料變形機(jī)制全部為轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶位錯(cuò)活動(dòng)導(dǎo)致的晶界遷移和去孿生，沒有相變發(fā)生。取向?yàn)?0°

3、時(shí)，在9nm-17nm的范圍內(nèi)，孿晶界間距對(duì)模型的微結(jié)構(gòu)演化影響不大。不同取向{10(1)2}<10(1)(1)>納米孿晶鎂模型在不同溫度下拉伸的變形過程基本相似，所不同的是隨著溫度的升高，孿晶位錯(cuò)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變減小;而基面位錯(cuò)發(fā)射時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變相差不大。隨著溫度的升高，模型的屈服強(qiáng)度逐漸降低，但流動(dòng)應(yīng)力變化不大。
　　(2)不同取向{10(1)2}<10(1)(1)>納米孿晶鎂在壓縮荷載下的變形機(jī)制主要表現(xiàn)為孿晶位錯(cuò)滑移

4、導(dǎo)致的孿晶界遷移和孿晶界遷移所導(dǎo)致的去孿生，只有在角度較小時(shí)(10°)在加載后期才會(huì)觀察到基面位錯(cuò)的發(fā)射。模型只有很小的線彈性階段（≦1.2％），且隨著角度的增加，線彈性階段越短。取向?yàn)?0°時(shí)，在9nm-17nm的范圍內(nèi)，孿晶界間距對(duì)模型的微結(jié)構(gòu)演化影響不大。不同取向的{10(1)2}<10(1)(1)>納米孿晶鎂模型在不同溫度下單軸壓縮的變形過程也表現(xiàn)為:在模型剛加載（即應(yīng)變極小時(shí)）時(shí)就已經(jīng)有孿晶位錯(cuò)的形核，且孿晶界遷移時(shí)的應(yīng)變也極

5、小;當(dāng)溫度較高時(shí)，基面位錯(cuò)會(huì)比較早的發(fā)射;隨著溫度的升高，模型去孿生和基面位錯(cuò)發(fā)射時(shí)的應(yīng)變雖然變化不大，但隨著溫度的升高應(yīng)變減小。
　　(3)在剪切作用下，{10(1)2}<10(1)(1)>納米孿晶鎂的塑性變形機(jī)制為孿晶位錯(cuò)的形核及沿孿晶界的移動(dòng)，造成的孿晶界遷移及去孿生的發(fā)生。在7nm至15nm范圍內(nèi)，孿晶界間距對(duì)模型的力學(xué)性能影響不大。溫度和應(yīng)變率對(duì)剪切荷載下納米孿晶鎂力學(xué)性能都有顯著的影響。隨著溫度的升高，模型的屈服強(qiáng)度隨