面心金属中位错偶转变和钛铝中孪晶机制的原子模拟
文献类型：学位论文
| 作者 | 王皞 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-29 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨锐 |
| 关键词 | 塑性变形 位错 孪晶 原子模拟 变形微结构 位错偶 湮灭 伪孪晶 γ 面 多层堆垛层错 |
| 其他题名 | Atomistic Simulations of Dipole Transformations and Twinning Behavior in Some FCC Metals and Intermetallic TiAl |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 新材料的发展要求对材料变形机理有更加准确深入的理解。计算机辅助的材料设计有助于这种理解，尤其是可以再现某些实验中难以观测的过程，并兼具高效便捷等优点。 金属的塑性是人们最为关心的力学性能之一。塑性变形主要通过位错和形变孪晶机制实现。本文借助分子动力学模拟讨论与塑性变形密切相关的面心立方金属中的位错偶转变以及钛铝中的形变孪晶机制两个基本问题。 加工硬化是金属成为结构材料的重要基础之一，但硬化问题却是“最困难的遗留问题”，众多硬化理论都难以对其给出全面的解释。近期的透射电镜观测以及位错动力学模拟表明，硬化初期的单滑移阶段存在大量的位错反应，而刃位错偶可能在其中起了重要作用。但是对其进行有效的观察需要合适的分辨率。早期的微结构观测并未充分发挥出透射电镜的全部能力而随后的观测又受限于分辨率，因此研究中的一些关键性质未被注意到。分子动力学模拟则可以从原子的角度展示以上位错反应的细节，然而以往模拟对初始构型的设置使其结果并不可靠。 本研究中位错偶的构建采用了新的方法，从而揭示了，在原子尺度窄位错偶具有相当复杂的构型，它们并未按照通常所理解的方式瓦解或消失，然而其尺寸以及相应的长程应变场缺失使其无法检测。对于面心立方的 Al，Ni 和 Cu 以及 L10 结构的 TiAl，位错偶会转变为依赖于温度和位错偶高度的多种复杂结构。低温下形成空腔，垂直和倾斜三类稳定构型；随着温度提高，上述低温稳定构型可能发生多种转变，形成弯曲的芯结构，相接的层错四面体 (SFT) 以及层错偶极子 (FD) 等一系列结构。位错的直接相互作用可产生高浓度、多种形式的点缺陷，如空位和间隙原子及其集团、位错偶环等。此外单滑移下位错的直接相互作用可产生高浓度、多种形式的点缺陷，如空位和间隙原子集团、位错偶环等。这些位错偶转变和位错反应的产物会阻碍位错的运动，从而为单滑移下的自组织及位错墙的形成提供形核点。位错的相互作用还提供了一种除辐射损伤以外的过饱和点缺陷的产生机制。 钛铝基合金已经成为重要的实用材料，不过限制其应用的室温脆性问题依然存在，而启动孪晶机制是解决该问题的方案之一。近期关于钛铝基合金的研究的一个重要方向就是多孪晶钛铝的界面行为。在含有孪晶界和 TiAl/Ti3Al 界面的体系中，模拟显示，界面有助于变形，并且在不同条件下导致不同的变形行为。考虑到实际条件下晶界以及晶粒内部复杂的应力状态，研究中在 TiAl 的变形过程中施加不同的静水压力，发现其对孪晶行为有很大影响。在压力下，沿伪孪晶方向剪切形成 L11 结构的伪孪晶；而在张力下，同样的剪切导致真孪晶长大。通过拓展原始的 γ 面概念，得到扩展 γ 面，可以很好的解释以上行为。 研究中，我们提出一种新的孪晶长大机制，即孪晶通过近邻两个 {111} 面上的五个不同的 1/6<112> 偏位错彼此关联的运动而长大一层。该机制总的 Burgers 矢量达到 2/3<211]，应变达到2√2，四倍于普通的 1/6<112] 孪晶或 1/6<211] L10 到 L11 的转变。这种多步孪晶机制是原子有序的直接结果，不应依赖于原子间作用势的种类。此外，该机制本质上是一种晶体学特性，也不应仅限于 TiAl 或 L10 结构。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 171 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17222]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王皞. 面心金属中位错偶转变和钛铝中孪晶机制的原子模拟[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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