基于分子動(dòng)力學(xué)的Al2Cu單軸拉伸模擬與力學(xué)性能分析.pdf

1、鋁及鋁合金是社會(huì)生產(chǎn)、生活中常用的金屬制品的原始材料。其中的7XXX系A(chǔ)l-Zn-Mg-Cu超硬鋁合金，由于具有比重小、強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(chǎn)時(shí)，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(duì)材料的再結(jié)晶行為、力學(xué)性能、斷裂韌性、耐腐蝕性能等均產(chǎn)生重要影響。
　　本文使用嵌入原子法并基于LAMMPS和

2、Ovito對(duì)7XXX系A(chǔ)l-Zn-Mg-Cu超硬鋁合金中常見的粗大第二相粒子Al2Cu進(jìn)行了單軸拉伸的分子動(dòng)力學(xué)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(jìn)行單軸拉伸的同時(shí)對(duì)模型施加不同條件。記錄了不同時(shí)刻原子坐標(biāo)、溫度、應(yīng)力等數(shù)據(jù)，并根據(jù)原子軌跡圖和應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)不同條件下的拉伸過程進(jìn)行了分析。
　　在對(duì)不含預(yù)制孔洞的Al2Cu10a0×10a0×10b0的超晶胞初始模型進(jìn)行300K恒溫條件下沿X軸拉伸時(shí)發(fā)

3、現(xiàn)Al2Cu非常脆，在應(yīng)變?chǔ)?0.0860時(shí)應(yīng)力就達(dá)到峰值6.4Gpa；而當(dāng)在其中引入預(yù)制孔洞后，其抗拉強(qiáng)度和塑性均大幅下降，在ε=0.0498時(shí)就到達(dá)峰值3.52Gpa。改變拉伸的熱浴條件和工程應(yīng)變速率時(shí)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(qiáng)度隨著溫度的上升而下降；而在模擬使用的工程應(yīng)變速率范圍內(nèi)，其塑性和抗拉強(qiáng)度均隨著工程應(yīng)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(yīng)變率為.ε=0.005至.ε=

4、0.01之間存在一個(gè)值，當(dāng)Al2Cu的拉伸應(yīng)變率超過這個(gè)值時(shí)，一些拉伸產(chǎn)生的空位就來不及發(fā)生大幅移位，從而在體系內(nèi)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(jìn)行成長(zhǎng)，從而壓制周圍較小孔洞的成長(zhǎng)。
　　在模擬含有孔洞的Al2Cu單軸拉伸時(shí)，在不改變預(yù)制孔洞位置的情況下逐漸增加預(yù)制孔洞的大小，發(fā)現(xiàn)Al2Cu的塑性和抗拉強(qiáng)度均有所下降。在研究孔洞數(shù)量和孔洞分布對(duì)Al2Cu的影響時(shí)，建立了20a0×20a0×5