不同条件下纳米晶α-Zr蠕变行为的分子动力学模拟

作     者：孟子凯 孟智超 高长源 郭辉 陈汉森 陈刘涛 徐东生 杨锐 MENG Zikai;MENG Zhichao;GAO Changyuan;GUO Hui;CHEN Hansen;CHEN Liutao;XU Dongsheng;YANG Rui

作者机构：中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中广核研究院有限公司深圳518031 

出 版 物：《金属学报》 (Acta Metallurgica Sinica)

年 卷 期：2024年第60卷第5期

页      面：699-712页

核心收录：

学科分类：0806[工学-冶金工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目No.2021YFB3702604 中国科学院网信专项项目No.CAS-WX2021PY-0103 

主　　题：纳米晶 α-Zr 分子动力学 结构演化 蠕变机制 

摘      要：为理解锆合金在核反应堆中的辐照损伤及蠕变的微观电子机制,本工作利用分子动力学方法对α-Zr纳米晶在高温、辐照等不同条件下的拉伸蠕变过程进行了模拟。结果表明:温度、应力、辐照和晶粒尺寸会影响纳米晶α-Zr的蠕变行为,升高温度、增大应力和细化晶粒均会促进蠕变过程的进行。蠕变后体系的微观组织发生显著变化,部分晶粒随蠕变的变形过程而长大,另一些晶粒则逐渐缩小甚至消失。变形过程中晶格畸变逐渐向晶粒内部传递,使体系内原有的有序hcp结构受到影响而有序度降低。模拟结果分析发现,晶界迁移是纳米晶α-Zr在稳态蠕变过程中的主要变形机制,升高温度和增大应力水平会使晶界宽化,并促进组织演变。模拟不同能量粒子辐照后,体系中产生大量点缺陷,其扩散对蠕变有一定贡献,且这些缺陷最终汇集于晶界处,可提高晶界可动性。增大辐照能量可加大产生辐照缺陷的数量和尺寸,对蠕变过程起到更大的促进作用。