鎢納米單晶體本征力學(xué)行為的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、受控核聚變反應(yīng)以其安全清潔的特性在核能利用領(lǐng)域日益受到重視。由于具有高熔點(diǎn)、低濺射的特點(diǎn),鎢越來(lái)越多地被用于聚變反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料,其強(qiáng)度與韌性成為人們同時(shí)關(guān)注的兩方面力學(xué)性能。本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬手段,研究了鎢納米單晶體的本征力學(xué)行為。
　　首先,選用Finnis-Sinclair形式的嵌入式原子勢(shì)計(jì)算了鎢的晶格常數(shù)和空位形成能以驗(yàn)證其準(zhǔn)確性,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相差較小,可以將該勢(shì)函數(shù)用于本文的分子動(dòng)力學(xué)模擬。
　　其次,應(yīng)

2、用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了鎢納米單晶體的拉伸變形過(guò)程,并進(jìn)一步研究了其起始塑性變形的機(jī)制以及加載溫度、加載方位與應(yīng)變速率對(duì)拉伸變形行為的影響。結(jié)果表明:77K、293K和800K下沿[100]方向拉伸時(shí),鎢納米單晶體的變形均可分為彈性變形、不均勻塑性變形、加工硬化和頸縮斷裂四個(gè)階段;中心對(duì)稱參數(shù)法和雙面跡線法的分析結(jié)果表明293K時(shí)鎢單晶體沿[100]方向拉伸的起始塑性變形方式為孿生,孿生參數(shù)為(211)[111]。隨著應(yīng)變程度增加,出現(xiàn)孿

3、生與滑移相互轉(zhuǎn)化的變形特點(diǎn);加載溫度升高時(shí),鎢單晶體的塑性明顯增強(qiáng)。800K時(shí)其塑性最好,試樣表面出現(xiàn)了較多的滑移臺(tái)階,屈服應(yīng)力及屈服應(yīng)變明顯減小,斷裂時(shí)應(yīng)變量最大;改變加載方位,鎢單晶體表現(xiàn)出不同的的變形過(guò)程,沿[110]方向及[111]方向拉伸時(shí)晶體無(wú)頸縮現(xiàn)象,且屈服應(yīng)力及屈服應(yīng)變比[100]方向明顯增大;在0.0001/ps～0.002/ps之間增大加載速率時(shí),鎢單晶體的屈服應(yīng)力增大,而屈服應(yīng)變基本沒有改變。
　　最后,應(yīng)用

4、分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了不同溫度下單晶體鎢中(110)[110]與(010)[100]預(yù)制裂紋體系的裂紋擴(kuò)展過(guò)程。結(jié)果表明:[110]預(yù)制裂紋體系在77K與200K時(shí)裂紋始終沿(110)面擴(kuò)展直至材料分離,500K與800K時(shí)裂紋尖端都出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。裂紋擴(kuò)展過(guò)程中裂尖附近有孿生帶出現(xiàn),溫度升高,孿生帶寬度增加,裂紋鈍化的效應(yīng)也越來(lái)越明顯;(010)[100]體系裂尖的擴(kuò)展方向偏離主裂紋面,韌脆轉(zhuǎn)變溫度比(110)[110]有所提高,這是由于