Ni基單晶高溫合金及Fe中裂紋和位錯的分子動力學(xué)研究.pdf

1、裂紋和位錯是晶體中的兩種非常重要的缺陷，它們和材料的強(qiáng)度密切相關(guān)，因此有必要對裂紋擴(kuò)展和位錯運動的物理規(guī)律進(jìn)行深入地研究。本研究主要內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴利用分子動力學(xué)方法研究了單晶Ni3Al(Ll2結(jié)構(gòu))中(010)[101]型裂紋低溫擴(kuò)展過程中的形變機(jī)制。首先，我們計算了體系沿不同方向滑移時的不穩(wěn)定堆垛能；基于能量計算，可知[o11]型超位錯將分解為被堆垛層錯分開的部分位錯。然后我們模擬了(010)[101]型裂紋體系，

2、模擬結(jié)果表明：在初始時刻裂紋呈脆性解理擴(kuò)展，當(dāng)裂紋的擴(kuò)展速度超過一定值時，部分位錯就會從裂尖及裂尖附近發(fā)射出去，隨后在相鄰的{111}晶面上形成內(nèi)稟堆垛層錯，從而在{111}晶面上形成外稟層錯及微孿晶。從我們的模擬可知：Ni3AI的低溫韌斷伴隨著微孿晶的產(chǎn)生，該微孿晶是內(nèi)稟層錯在相鄰的{111}晶面堆垛而形成的。
　　 ⑵利用分子動力學(xué)模擬了單晶Ni3Al中I型裂紋在外應(yīng)力下的擴(kuò)展，裂紋面為(111)晶面，裂紋的前沿方向為[11

3、0]晶向。我們詳細(xì)研究了裂尖位錯的發(fā)射條件及位錯從裂尖的發(fā)射過程。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)：低溫下，在裂紋開始快速解理擴(kuò)展前，Shockley部分位錯被從裂尖發(fā)射出來，且在相鄰的(111)晶面上傳播，從而在(11 T)晶面上形成偽孿晶(pseudo-twins)；當(dāng)偽孿晶達(dá)到一定厚度時裂紋開始解理擴(kuò)展，在整個裂紋解理擴(kuò)展過程中，Shockley部分位錯不斷地從裂尖發(fā)射出來。在較高溫度下，裂紋因為在(100)晶面上發(fā)射[110]超位錯而鈍化。在本工作中

4、我們還發(fā)現(xiàn)(111)晶面上的位錯偶極子可以從1/2[110]位錯的芯部被激發(fā)出來，即1/2[110]位錯芯具有位錯源的作用。
　　 ⑶用分子動力學(xué)研究了鎳基單晶合金相界面上錯配位錯在外加切應(yīng)力下的運動規(guī)律。在模擬中我們給出了扭折的原子結(jié)構(gòu)且測量了扭折的寬度，同時還觀測到了理論上預(yù)期存在的超聲速扭折和多重扭折，以及位錯環(huán)和孿晶。模擬結(jié)果表明：在低應(yīng)力下，錯配位錯通過扭折在錯配位錯交點處的形核及沿著位錯線的遷移來運動；在較高的應(yīng)力或

5、較高溫度下，錯配位錯的運動受到孿晶的阻礙。從我們的模擬中可知：鎳基單晶合金相界面的穩(wěn)定性強(qiáng)烈地依賴于相互垂直的錯配位錯的相互作用。我們的工作還表明：離散的Frenkel-Kontorova模型比連續(xù)的sine-Gordon模型更適合用來描述錯配位錯的運動。
　　 ⑷利用分子動力學(xué)的方法模擬了在低溫及不同應(yīng)變加載下bcc鐵中裂紋的擴(kuò)展。模擬結(jié)果顯示：在低應(yīng)變加載時，裂紋在脆性擴(kuò)展過程中沒有孿晶擴(kuò)展相伴隨；在較高的應(yīng)變加載時，裂紋在