含氧纳米多晶α-Ti拉伸力学性能与变形机制的分子动力学模拟

纳米纯Ti对间隙O原子具有强烈的敏感性,O含量可以很大程度上改变其力学性能和变形机制。采用分子动力学方法分别研究了O含量、变形温度、应变速率对纳米多晶α-Ti拉伸性能及变形机制的影响。结果表明,纳米多晶α-Ti的屈服应力随间隙O含量增加而升高。在O含量小于0.3%(原子分数)时,观察到变形孪晶■,该孪晶通过孪晶面上的“带状位错”协调长大;O含量大于等于0.3%时,被激活的滑移系类型向多元化转变,柱面、基面和锥面滑移系被激活,位错类型转变为以刃型位错为主。在含O纳米多晶α-Ti中,位错机制和晶界机制辅助塑性变形。晶界迁移率随变形温度和应变速率的增加明显增大。新晶粒形成过程伴随着不稳定的Ti_hcp→Ti_bcc→Ti_hcp相变,这种相变由晶粒的相对旋转所致,且生成新晶粒的数量随着应变速率的增大而增多。通过探索间隙O原子强化的本质,为优化纳米尺度纯Ti力学性能,拓展纯Ti应用范围提供理论依据。     

晶粒尺寸和孪晶界间距对纳米多晶铝合金塑性变形影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,分别研究了晶粒尺寸和孪晶密度对纳米多晶铝合金塑性变形的影响。模拟结果表明,弛豫后的位错密度对纳米多晶Al的微观结构演变和逆Hall-Petch关系产生了重要影响。变形受晶粒大小限制,在细晶中可形成层错四面体和复杂层错结构,从而激活了晶界的辅助变形。当孪晶界间距（TBS）较大时,Shockley分位错在晶界处形核并增殖。然而,随着TBS的减小,孪晶界成为Shockley分位错的来源。孪晶界上大量的分位错形核会导致孪晶界迁移甚至消失。在塑性变形过程中还观察到形变纳米孪晶。研究结果为开发具有可调节力学性能的先进纳米多晶Al提供了理论基础。     

非晶材料压缩变形中纳米晶化现象的分子动力学模拟

利用分子动力学方法对非晶纯镍材料压缩变形过程中纳米晶化现象进行了模拟,研究了非晶变形过程中绝热温升对非晶晶化的影响,结果表明,绝热温升不是导致非晶晶化的主要因素．从微观结构演化的角度考察了非晶晶化过程中晶粒的形核和长大,分析发现,应变导致非晶态金属从亚稳态结构逐渐向稳态结构转变,在系统内部的部分短程序原子团逐步合并形成小的晶核,随着应变的增加,晶核逐渐长大,形成一定尺寸的纳米晶粒．     

纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸变形模拟

采用分子动力学对纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸性能进行了模拟研究,从微观尺度探究了Ni含量及温度对合金拉伸性能的影响规律。结果表明,当Ni含量为10%时,最大拉应力达21.70 GPa,位错之间的相互作用是造成拉伸性能提升的重要原因。从能量、位错和堆垛层错方面对Ni含量为10%合金的性能进行了验证,表明Cu-Ni合金符合固溶弱化规律。当温度为100 K时,存在最大拉应力为22.21 GPa;当温度为900 K时,最大拉应变为0.1045。晶界原子百分比随加载温度的升高而增加,晶内原子百分比随加载温度的升高而减少;温度升高导致晶界熔化,原子无序度增加,对位错的阻碍作用下降。拉伸过程中位错密度不断降低,由位错缠结而引起的强化作用不断减少,导致高温时合金的拉伸性能下降。     

极低温度超高压强下纳米多晶镍塑性变形行为与机理的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了极低温度、超高压强条件下纳米多晶镍的塑性变形行为;利用共近邻分析(Common neighbor analysis,CNA)表征了纳米多晶镍的微观结构特征及其演化过程;结合广义层错能计算,揭示了超高压强对纳米多晶镍塑性变形机理的影响.结果表明:在0～300 K范围内,纳米多晶镍的强度随着温度的降...     

纳米多晶Ni微观结构与力学性能的分子动力学模拟

运用分子动力学技术,结合分析型嵌入原子方法(AEAM)模拟计算了平均晶粒尺寸为2.09～5.23 nm的纳米多晶Ni的微观结构和力学性能.从原子能量分布、径向分布函数(RDF)、局域晶序结构的角度分析了纳米多晶Ni的晶界和晶粒结构,发现晶界部分所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高,结构与普通微晶的相似,纳米晶体的结合能较普通晶体的低.单向拉伸模拟结果表明:纳米多晶Ni的强度与晶粒尺寸之间出现反常Hall-Petch关系;弹性模量的降低与纳米尺度结构特征相关.     

纳米Ni薄膜在摩擦过程中塑性行为的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究了金刚石压头在Ni晶体薄膜上的摩擦过程和薄膜塑性变形行为的纳观机制.结果表明:在摩擦过程中,穿晶层错和棱形位错环是纳米薄膜结构传递塑性变形的两种载体,纳米薄膜晶界捕获位错阻滞了塑性变形向薄膜晶界下方材料中传播.摩擦过程中易在较薄的薄膜表面和薄膜晶界之间产生穿晶层错,穿晶层错的产生增加了薄膜蓄积塑性变形的能力,从而抑制材料表面摩擦力在黏滑过程中的振荡幅度;在比较厚的薄膜中不易生成穿晶层错,在摩擦过程中位错环依次向体材料发射,并与晶界反应,湮灭于晶界,黏滑动摩擦响应与单晶相似.由于不同厚度薄膜塑性变形产生的位错结构不同,使得在摩擦过程中亚表面微结构的演化亦不同.     

纳米尺度摩擦过程的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟了刚性金刚石压头在Ni单晶体上的滑动过程,讨论了压入深度对摩擦力的影响(压入深度对滑动过程中压头下方的微结构演化(能否发射位错环)有很大影响).结合摩擦过程中的塑性行为和能量耗散机制,解释了产生摩擦力锯齿形曲线的原因,证实了位错的形核及湮灭是黏-滑机制的原因之一.不同滑动速度对摩擦力影响的模拟表明,压头的滑动速度决定了压头下方位错环的运动和演化形式:在高速滑动下,形成的位错环依次沿着滑移面很快向Ni单晶基体内扩展;在低速滑动下,压头下方产生的位错环互相发生作用,在材料的亚表面形成较低能量的大位错环,由此产生的塑性变形主要集中在材料的亚表面.     

含有{111}织构的纳米孪晶多晶铜在拉伸变形过程中塑性各向异性机制的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟,从主导滑移系的斯密特因子和位错机制两个方面系统研究含有{111}织构的纳米孪晶多晶铜在拉伸变形过程中的塑性各向异性机制.结果表明:主导滑移系的斯密特因子随着孪晶界倾角的改变而变化,但屈服应力或流动应力并不严格遵守斯密特定律.在拉伸变形过程中存在涉及不同位错机制的硬取向和软取向.硬取向的硬化机制在于塑...     

单晶γ-TiAl合金纳米切削过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究单晶γ-TiAl合金纳米切削过程,通过对单晶γ-TiAl合金的建模、计算和分析,讨论了不同切削深度和切削速度对切削过程的影响,结果发现:在切削过程中,随着切削深度的增大,切屑体积逐渐增大,切屑中原子排列越来越紧密,位错密度也会随之增大;但随着切削速度的增大,位错密度反而会随之降低。在一定的切削深度和切削速度范围内,切削过程中刀具前方都会产生"V"型位错环,工件的温度和势能也都会相应的增大。特别是,当切削速度为400 m/s时,刀具前方的切削表面上未出现原子错排。     

Molecular dynamics simulation on plasticity deformation mechanism and failure near void for magnesium alloy

The plastic deformation processes of magnesium alloys near a void at atomic scale level were examined through molecular dynamics (MD) simulation. The modified embedded atom method (MEAM) potentials were employed to characterize the interaction between atoms of the magnesium alloy specimen with only a void. The void growth and crystal failure processes for hexagonal close-packed (hcp) structure were observed. The calculating results reveal that the deformation mechanism near a void in magnesium alloy is a complex process. The passivation around the void, dislocation emission, and coalescence of the void and micro-cavities lead to rapid void growth.     

拉伸载荷作用下单晶铝柱动态断裂过程的分子动力学模拟研究

运用LAMMPS中的Fortran语言自编程功能建立了单晶铝柱在拉伸载荷作用下的分子动力学仿真模型,采用镶嵌原子势(EAM)势函数模拟了室温下单晶铝柱的动态断裂过程。从应力应变关系、原子构型和相变等方面解释了拉伸过程中的力学性能。位错是单晶铝塑性变形的主要原因,位错相互作用引起塑性硬化和晶体破坏,晶体在载荷作用下沿{111}面滑移,滑移面与理论结果相符合。     

Hot compression deformation behavior of the Mg-AI-Y-Zn magnesium alloy

The hot deformation behavior of a Mg-Al-Y-Zn magnesium alloy was investigated by hot compressive testing on a Gleeble-1500 thermal simulator at the temperanging from 523 to 673 K with the swain rate varying from 0.001 to 1s-1.The relationships among flow stress,swain rate,and deformation temperature were analyzed,and the deformation activation energy and stress exponent were calculated.Microstructure evolution of the alloy under different conditions was examined.The results indicated that the maximum value of the flow stress increased with the decrease of deformation temperature or the increase of swain rate.Under the present deformation conditions,dynamic recrystallization (DRX) oeettrred in the alloy,which was the main softening mechanism during deformation at elevated temperature.The deformation temperature and strain had significant effects on the microstructure of the alloy.     

Hot compression deformation behavior of the Mg-Al-Y-Zn magnesium alloy

The hot deformation behavior of a Mg-Al-Y-Zn magnesium alloy was investigated by hot compressive testing on a Gleeble-1500 thermal simulator at the temperanging from 523 to 673 K with the swain rate varying from 0.001 to 1s-1.The relationships among flow stress,swain rate,and deformation temperature were analyzed,and the deformation activation energy and stress exponent were calculated.Microstructure evolution of the alloy under different conditions was examined.The results indicated that the maximum value of the flow stress increased with the decrease of deformation temperature or the increase of swain rate.Under the present deformation conditions,dynamic recrystallization (DRX) oeettrred in the alloy,which was the main softening mechanism during deformation at elevated temperature.The deformation temperature and strain had significant effects on the microstructure of the alloy.     

Twinning during hot compression of ZK30 ＋ 0.3Yb magnesium alloy

The twinning process of ZK30＋0.3Yb magnesium alloy was studied. The results show that twinning occurs at the initial stage of deformation, and decreases during further deformation. The original grain is fragmented after small straining. It is investigated that the twinning boundary activates the occurrence of the non-basal slip system due to the stress concentration at the vicinity of twin boundary introduced by the dislocation pile-ups at the vicinity of twinning boundary. The rearrangement of dislocation after dislocation climb introduces new grain boundary. Simultaneously, twinning occurs to form “polygonization” due to the stress concentration relaxation, and the “polygonization” will transform into low angle boundary to refine the original grain under the shear stress with further straining.     

温度对单晶镁拉伸性能影响的分子动力学研究

本研究主要运用分子动力学的模拟方法,研究了拉伸速率为1010s-1下温度对于单晶镁性能的影响,并对结果进行应力应变分析,势能应变分析,共近邻分析,位错密度分析等.结果表明:随着温度的升高,单晶镁的抗拉强度峰值降低,各峰值点对应的应变值随着温度的升高逐渐减小;在应力峰值出现前hcp首先转化成Other结构且没有位错产生,...     

单轴拉伸与压缩加载下AZ31镁合金单晶的各向异性塑性行为(英文)

为研究HCP结构单晶在塑性变形中的变形孪晶和塑性各向异性,采用基于晶体塑性本构理论的有限单元法,建立包含滑移与孪生变形机制的晶体塑性本构关系,发展了以应力作为自变量的牛顿-拉普森迭代方法,通过已有文献的试验数据验证模型的有效性,并利用此模型模拟AZ31单晶体在4种(即沿〈2110〉,〈0110〉,〈0001〉和〈0111〉方向)拉伸与压缩变形路径下的塑性变形行为,并获得了相应加载路径下的应力-应变关系曲线。数值计算结果表明,在不同加载路径下该模型可用于预测滑移系或孪生系的活动情况,以及描述孪生变体的活动数量、主要孪生变体和孪生交叉类型。由于机械孪晶具有的极性性质及其在材料非弹性变形中的重要作用,单晶材料表现出显著的各向异性与非对称性。     

分子动力学模拟不同层错能单晶Ni及其合金拉伸变形行为

采用分子动力学模拟了不同尺寸模型的单晶Ni及Ni₅₇Cr₁₉Co₁₉Al₅合金[100]晶向拉伸变形过程,确定了具有稳定塑性流变应力的模型尺寸,进一步研究了在具有稳定塑性流变应力的相同模型下单晶Ni及其合金拉伸变形行为。结果表明,层错能较低的单晶Ni₅₇Cr₁₉Co₁₉Al₅合金在小尺寸模型拉伸变形时,容易形成多层孪晶结构或变形孪晶;模型的横截面边长大于30倍的晶格常数时,塑性流变阶段流变应力、相结构及位错密度随应变起伏趋于平稳。具有稳定流变应力的相同尺寸单晶Ni及其合金拉伸时,层错能越低,塑性变形时层错面的面积越大。Shockley不全位错在单晶Ni及其合金塑性变形过程中起主导作用,多层孪晶的形成伴随着位错耗尽,变形孪晶的形成与湮灭则主要由位错饥饿机制主导。     

Hot compression deformation behavior of MB26 magnesium alloy

The flow stress features of MB26 magnesium alloy were studied by isothermal compression at 300-450 ℃ and strain rate of 0.001^-1 s J with Gleeble 1500 thermal simulator. In addition, the deformation activation energy Q was calculated. The results show that the strain rate and deformation temperature have obvious effect on the true stress. The peak value of flow stress becomes larger with increasing strain rate at the same temperature, and gets smaller with the increasing deformation temperature at the same strain rate. The alloy shows partial dynamic recrystallization. The flow stress of MB26 magnesium alloy during high temperature deformation can be represented by Zener-Hollomon parameter including the Arrhemius term. The temperatt, re range of 350-400℃ is suggested for hot-forming of this alloy.