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物理学报 2022年第14期71卷 63-72页

作者：张博佳安敏荣胡腾韩腊西安石油大学材料科学与工程学院西安710065

镁合金作为最轻的金属结构材料,被誉为21世纪的“绿色工程材料”,具有广阔的应用前景.晶体-非晶双相纳米镁材料更是表现了优异力学性能,但是晶体中位错与非晶相的相互作用机制尚不明确.本文采用分子动力学模拟方法研究了剪切载荷作用下... 详细信息

镁合金作为最轻的金属结构材料,被誉为21世纪的“绿色工程材料”,具有广阔的应用前景.晶体-非晶双相纳米镁材料更是表现了优异力学性能,但是晶体中位错与非晶相的相互作用机制尚不明确.本文采用分子动力学模拟方法研究了剪切载荷作用下纳米晶镁中刃位错与非晶相的相互作用机制.研究结果表明,纳米晶镁中非晶相与位错的相互作用机制表现出一定的尺寸依赖性.相较于非晶相尺寸较小的样品,较大的非晶相尺寸会导致较大的二次应力强化现象.非晶相和位错的作用机制主要归结为非晶相对位错的钉扎作用.对于非晶相尺寸较小的样品,非晶相对位错的钉扎作用有限,钉扎时间较短,其相互作用主要是位错绕过非晶相的机制;而对于非晶相尺寸较大的样品,非晶相对位错的钉扎作用较大,钉扎时间较长,其相互作用主要是非晶相引发的位错的交滑移机制.本文的研究结果对于设计和制备高性能的镁及其合金材料具有一定的参考价值和指导意义.

关键词：晶体-非晶双相纳米镁位错变形机制分子动力学模拟

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金属基体中位错与第二相交互作用机制的研究

金属基体中位错与第二相交互作用机制的研究

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作者：张博佳西安石油大学

学位级别：硕士

镁合金作为实际应用中最轻的金属结构材料,具有高比强度和比弹性模量、良好的阻尼减震特性、优异的抗冲击性等特点,在航空航天、汽车、化工和电子等领域都有着重要应用。为了满足现代工业对轻量化的要求,人们尝试各种方法来增强镁合金... 详细信息

镁合金作为实际应用中最轻的金属结构材料,具有高比强度和比弹性模量、良好的阻尼减震特性、优异的抗冲击性等特点,在航空航天、汽车、化工和电子等领域都有着重要应用。为了满足现代工业对轻量化的要求,人们尝试各种方法来增强镁合金的力学性能,二相粒子强化也被应用来改善镁合金的力学性能,其增强金属材料的根本在于第二相粒子对晶体材料中位错运动的阻碍。此外,研究者还尝试将非晶相引入到晶体镁中形成晶体-非晶双相纳米镁结构,双相纳米镁材料表现出了优异的力学性能,这与其中位错与非晶相的作用机制密不可分,然而位错与非晶相的相互作用机制尚不清楚。鉴于此,本文将非晶相作为晶体镁中的二相粒子,采用分子动力学模拟方法对刃位错与非晶相粒子的相互作用机制进行了研究。主要内容与结论如下:(1)研究了剪切载荷下含有不同非晶相尺寸的纳米晶镁样品中位错与非晶相的相互作用机制。纳米晶镁中非晶相与位错的相互作用机制表现出一定的尺寸依赖性。相较于非晶相尺寸较小的样品,较大的非晶相尺寸会导致较大的二次应力强化现象。对于非晶相尺寸较小的样品,非晶相对位错的钉扎作用有限,钉扎时间较短,其相互作用主要是位错绕过非晶相的机制;而对于非晶相尺寸较大的样品,非晶相对位错的钉扎作用较大,钉扎时间较长,其相互作用主要是非晶相引发的位错的交滑移机制。(2)研究了温度为10 K-500 K时纳米晶镁中不同尺寸非晶相与位错相互作用机制。研究表明,随着温度的升高,非晶相尺寸较小的样品,位错与非晶柱相互作用的脱钉应力及脱钉应变呈现线性下降。脱钉应力及脱钉应变对温度较敏感。对于非晶相尺寸较大的样品,脱钉应力和脱钉应变对温度的敏感度相比小尺寸的样品低。在上述两种模型中,随着温度的升高,材料都会产生高温软化行为,样品内部都会产生大量原子空位,而位错依旧可以与非晶相相互作用并克服非晶相。且在各个温度下,含有不同尺寸非晶相的纳米晶镁样品中位错与非晶相的相互作用机制未发生变化。温度对纳米晶镁中不同尺寸非晶相与位错的相互作用几乎没有影响。(3)研究了剪切载荷下应变率对纳米晶镁中不同尺寸非晶相与位错的相互作用机制的影响。对比5×10 s剪切应变率下,在5×10 s剪切应变率下,含小尺寸非晶相纳米晶镁模型中,位错与非晶相的相互作用机制仍然为位错的绕过机制,没有改变。但在含大尺寸非晶相纳米晶镁模型中,位错与非晶相的相互作用机制,从交滑移机制变为位错的绕过机制。且在大尺寸和小尺寸非晶相与位错相互作用过程中,非晶相皆会被位错剪切,产生扭折。

关键词：晶体-非晶双相纳米镁位错温度应变率变形机制分子动力学模拟

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