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fcc金属表面能的各向异性分析及表面偏析的预测

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物理学报 2011年第1期60卷 506-514页

作者：王博张建民路彦冬甘秀英殷保祥徐可为陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710062 石河子大学生态物理重点实验室石河子832003 石河子大学校长办公室石河子832003 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

本文将元素变量(φ*和nWS)和MAEAM相结合,从原子尺度上对10种fcc金属Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt,Rh,Al,Ir和Pb的38个不同晶面的表面能进行模拟计算及各向异性分析.结果表明,fcc金属的密排面(111)的表面能最小,则该晶粒取向优先生长,与实验结果... 详细信息

本文将元素变量(φ*和nWS)和MAEAM相结合,从原子尺度上对10种fcc金属Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt,Rh,Al,Ir和Pb的38个不同晶面的表面能进行模拟计算及各向异性分析.结果表明,fcc金属的密排面(111)的表面能最小,则该晶粒取向优先生长,与实验结果和第一原理的LMTO-ASA计算结果一致;各个晶面的表面能均随着其他晶面与(111)晶面的夹角cosθ(hkl)的增长而呈线性增长关系,因此利用(111)面可推导出其他各面的表面能量.并利用图解法解释了表面能与表面偏析能之间的关系,得到具有较低表面能的杂质(溶质)才会偏析到具有较高表面能的基体(溶剂)的表面,产生表面偏析现象这一结论.

关键词： fcc金属 MAEAM 表面能表面偏析

等通道转角挤压过程中fcc金属的微观结构演化与力学性能

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金属学报 2010年第3期46卷 257-276页

作者：吴世丁安祥海韩卫忠屈伸张哲峰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

系统总结了面心立方(fcc)金属材料在等通道转角挤压(ECAP)变形后的晶粒细化、微观结构演化规律和力学性能.根据ECAP变形的特点,利用具有特殊取向的Al单晶体和Cu双晶体,经过一道次ECAP挤压发现:材料在ECAP模具对角面附近发生严重塑性变形... 详细信息

系统总结了面心立方(fcc)金属材料在等通道转角挤压(ECAP)变形后的晶粒细化、微观结构演化规律和力学性能.根据ECAP变形的特点,利用具有特殊取向的Al单晶体和Cu双晶体,经过一道次ECAP挤压发现:材料在ECAP模具对角面附近发生严重塑性变形;除了沿模具对角面切应力的作用外,沿垂直于模具对角面的切应力也起重要作用.此外,通过设计特殊取向的Cu单晶体、Al单晶体和粗晶Cu-3%Si合金经过一道次ECAP挤压,系统研究了层错能、晶粒尺寸和晶体学取向对fcc金属形变孪生所需的孪生应力的影响.对具有不同层错能的Cu-Al合金进行多道次ECAP挤压表明,随着层错能降低,Cu-Al合金的晶粒细化机制逐步从位错分割机制转变为孪生碎化机制,最小晶粒尺寸逐步减小,具有较高或较低层错能材料比中等层错能材料更容易获得均匀的微观组织;Cu-Al合金的拉伸强度和均匀延伸率随着层错能的降低同步提高,即随着层错能的降低,Cu-Al合金的强度-塑性匹配性提高.

关键词：等通道转角挤压 fcc金属微观结构晶粒细化力学性能

fcc金属(001)表面吸附二聚物自扩散的分子动力学模拟

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中国科学（E辑） 2004年第1期34卷 49-57页

作者：刘庆炜庄军复旦大学光科学与工程系先进光子学材料和器件国家重点实验室上海200433

采用基于原子嵌入方法的模型势,通过静态计算和分子动力学方法系统地研究了fcc金属(001)表面吸附二聚物的自扩散现象,除了一般的交换机制和跳跃机制外,还观察到了一些新的扩散机制,例如:复杂(旋转)交换、协同跳跃及协同交换机制等.在此... 详细信息

采用基于原子嵌入方法的模型势,通过静态计算和分子动力学方法系统地研究了fcc金属(001)表面吸附二聚物的自扩散现象,除了一般的交换机制和跳跃机制外,还观察到了一些新的扩散机制,例如:复杂(旋转)交换、协同跳跃及协同交换机制等.在此基础上讨论了不同金属表面吸附二聚物自扩散的特点,不同的金属表面不仅主导的扩散机制不同,而且交换机制的机理也不同.

关键词：吸附二聚物自扩散交换机制金属表面分子动力学原子嵌入 fcc金属

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fcc金属滑移形变冷轧织构模拟

东北工学院学报 1992年第3期13卷 263-266页

作者：刘燕声王福徐家桢梁志德东北工学院材料科学与工程系

采用Taylor 模型和 Van Houtte 算法模拟了 fcc 金属冷轧织构。模拟中以{111}滑移为微观形变机制,并采用等面积分割形式表示理想无规初始条件。模拟结果与铜和铝的实测冷轧织构符合良好。

关键词：织构模拟滑移变形冷轧 fcc金属

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fcc金属与B1型陶瓷共格界面能的计算

材料科学与工程学报 2000年第Z2期20卷 859-863页

作者：杨志刚 Masato Enomoto 清华大学材料科学与工程系北京100084 茨城大学工学都物质工学科日本日立市 316-8511

本文利用分离点阵多平面最近邻断键模型计算了fcc金属与Bl型陶瓷之间的共格界面能,并研究了界面成分和界面能随温度以及界面位向变化的规律.结果表明随温度升高,界面能和界面能的各向异性都降低.作为一个实例,本文研究了奥氏体和CrN之... 详细信息

本文利用分离点阵多平面最近邻断键模型计算了fcc金属与Bl型陶瓷之间的共格界面能,并研究了界面成分和界面能随温度以及界面位向变化的规律.结果表明随温度升高,界面能和界面能的各向异性都降低.作为一个实例,本文研究了奥氏体和CrN之间的界面,根据界面能与位向的关系,预测CrN在奥氏体中析出的平衡形状应接近立方体.

关键词： fcc金属 Bl型陶瓷共格界面能计算

维普期刊数据库评论

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晶格弛豫对fcc金属层错能计算的影响

河北北方学院学报（自然科学版） 2008年第4期24卷 8-12页

作者：吴喜军彭志华付茂林南华大学数理学院湖南衡阳421001

采用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)计算了Cu、Ag、Al、Pb等四种面心立方金属的由堆垛层错引起的多层弛豫以及堆垛层错能.计算结果表明,四种金属中由层错导致的晶格弛豫方式都一样,既层错发生处的4个{111}晶面间膨胀,而其他晶面间距被不... 详细信息

采用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)计算了Cu、Ag、Al、Pb等四种面心立方金属的由堆垛层错引起的多层弛豫以及堆垛层错能.计算结果表明,四种金属中由层错导致的晶格弛豫方式都一样,既层错发生处的4个{111}晶面间膨胀,而其他晶面间距被不同程度的压缩;不同的金属其晶格弛豫对层错能的影响不同.晶格弛豫对金属层错能计算的影响不能简单的予以忽略.

关键词：晶格弛豫改进分析型嵌入原子法(MAEAM) fcc金属堆垛层错能(SFE)

应力诱导面心立方金属晶体fcc-BCC相变机理的分子动力学研究

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应力诱导面心立方金属晶体FCC-BCC相变机理的分子动力学研究

作者：遇家运河北工业大学

学位级别：硕士

应力诱导相变是金属结构材料中广泛存在的一种变形机制,对金属材料的力学、物理等性能具有重要的影响。本文基于分子动力学模拟及理论分析,研究了面心立方金属及L1结构金属间化合物的fcc-BCC相变机制。探索影响fcc-BCC相变的因素,并从... 详细信息

应力诱导相变是金属结构材料中广泛存在的一种变形机制,对金属材料的力学、物理等性能具有重要的影响。本文基于分子动力学模拟及理论分析,研究了面心立方金属及L1结构金属间化合物的fcc-BCC相变机制。探索影响fcc-BCC相变的因素,并从理论上解释相变发生的原因。主要研究内容和成果包括以下三部分:(1)模拟分析四种面心立方金属Ni、Cu、Au和Ag晶体在不同的应变速率和温度条件下沿[100]方向单轴拉伸的变形机制。在高应变速率和低温条件时,晶体拉伸超过弹性极限后出现沿垂直于加载方向的两侧面突然收缩和扩张。当扩张侧向的晶格常数逐渐收敛于拉伸方向的晶格常数时,fcc相转变成无应力状态的BCC相。在低应变速率下拉伸时晶体的塑性变形机制变成位错的增值和滑移,而高应变速率和高温条件下拉伸形成非晶结构。通过模拟拉伸过程中晶体弹性常数C和C的变化来进行弹性稳定性分析,从理论上分析了相变机制的发生。(2)研究了Cu纳米板在不同应变速率和温度下沿[100]方向的单轴拉伸的变形机制。在高应变速率状态下,超过弹性极限后Cu纳米板出现和上述一样的侧向负泊松比现象,最终导致fcc-BCC相变的出现。不同的是纳米板变形时侧向的收缩和扩张过程平缓而非突变,这是因为纳米板的自由表面产生表面应力并诱导出内部压应力。利用这种表面应力的影响可以人为控制晶体在fcc-BCC相变过程中侧向扩张的方向。自由表面也使得纳米板在弹性稳定性判据上做出改善,由于弹性刚度矩阵独立分量从6变成9个,稳定性判据D=0更加精确地适用于纳米板结构。(3)分析NiAl纳米线沿[100]晶向单轴拉伸时的变形机制。直径2nm和4nm的NiAl纳米线在室温300K以应变速率1.0×1 0s拉伸时出现L1-D0-D0(fcc-BCC-HCP)相变,相变在局部发生并以{100}相界滑移直至整体完全相变。随着模型直径的增加纳米线变成L1-D0-D0局部相变,而直径大于8nm后在同种条件拉伸时为位错机制。直径2nm模型在低温条件下拉伸时发生L1-D0-D0连续相变,温度升高后相变分阶段进行且断裂应变减小。卸载D0结构的纳米线可以使其回到初始的L1结构,表明了L1-D0相变的伪弹性,而D0结构的纳米线卸载后则不能回到原始状态,原因为发生D0-D0相变后结构能量下降,内部产生缺陷并导致塑性变形。

关键词：分子动力学相变 fcc金属自由表面伪弹性

金属在单向拉伸变形下原子扩散的第一性原理计算及高通量建模

同方学位论文库评论

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金属在单向拉伸变形下原子扩散的第一性原理计算及高通量建模

作者：冯宇超中国科学技术大学

学位级别：硕士

扩散作为固体材料中唯一的物质传递方式,材料中的众多现象和性质都与之密切相关。而对大多材料而言,当其处于服役状态下,不可避免地会有变形产生。单向拉伸变形作为最常见的变形方式之一,探究单向拉伸变形对于材料中原子扩散的影响有着... 详细信息

扩散作为固体材料中唯一的物质传递方式,材料中的众多现象和性质都与之密切相关。而对大多材料而言,当其处于服役状态下,不可避免地会有变形产生。单向拉伸变形作为最常见的变形方式之一,探究单向拉伸变形对于材料中原子扩散的影响有着重要的意义。在此背景下,本文针对于单向拉伸变形下fcc金属中空位扩散行为进行了研究与建模,并探究了单向拉伸变形和稀土元素的固溶分别对铁素体中碳原子扩散的影响,主要的研究内容和结论如下:(1)通过第一性原理计算结合NEB(Nudged Elastic Band)方法,计算得到了在不同程度单向拉伸变形(1%,2%,3%,4%,5%)下的24种fcc金属(Ag,Al,Au,Ca,Co,Cu,Fe,Hf,Ho,Ir,Li,Mg,Na,Ni,Pb,Pd,Pt,Re,Ru,Sc,Tb,Th,Ti,Zr)中,当空位沿着不同路径扩散时的空位扩散能(Hvm)。研究发现空位垂直于单向拉伸的方向进行扩散时的Hvm值小于其沿着单向拉伸方向扩散时的Hvm值。说明在fcc金属中,空位(原子自扩散)更愿意沿着垂直于单向拉伸变形的方向进行扩散。(2)通过将原子尺度的空位扩散能(Hvm)同材料的宏观力学性质(原子体积V0,体积模量B0,泊松比v)相联系,建立了fcc金属中空位扩散的第一性原理高通量计算模型。该空位扩散模型不用经过繁琐费时的过渡态搜索,仅需计算金属的原子体积V0,体积模量B0以及泊松比v便能快速准确地预测fcc金属中的空位扩散能。经验证空位扩散模型不仅适用理想无变形的fcc金属,还能够预测处于单向拉伸变形下fcc金属中的空位扩散能。因此,该空位扩散模型可应用于材料的高通量计算。(3)探究了单向拉伸变形对于铁素体中碳原子扩散的影响,研究发现类似于fcc金属中空位的扩散,铁素体中的碳原子倾向于沿着垂直于单向拉伸变形的方向进行扩散。此外,本论文还探究了固溶稀土元素(Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)对于铁素体中碳原子的影响。计算发现铁素体中稀土元素的加入,将抑制碳原子固溶于距离稀土元素最近邻的八面体间隙位;促进碳原子固溶于距离稀土元素次近邻以及第三近邻的八面体间隙位,并形成势阱将碳原子束缚于这两个位置,从而起到抑制铁素体中碳原子扩散的作用。

关键词：原子扩散第一性原理计算空位扩散模型 fcc金属铁素体单向拉伸变形