纳米晶镍微成形尺寸效应分子动力学模拟研究

发布时间：2018-04-23 17:50

  本文选题：尺寸效应 + 取向效应　； 参考：《哈尔滨工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：纳米多晶材料由于晶粒尺寸较小,常常表现出与粗晶材料不同的性质,其变形区的大小处于纳米尺度,随着晶粒尺寸及试样尺寸的变化,材料的应力应变关系、塑性成形性能和成形工艺参数都呈现出与常规粗晶材料的塑性成形过程不同的特点,具有尺寸效应。本文基于分子动力学模拟,研究了多晶与单晶镍纳米柱的塑性变形过程,观察到了尺寸效应并分析其产生的原因。为研究多晶晶粒尺寸效应,本文进行了晶粒尺寸为5.818nm、7.33nm、9.236nm、11.636nm、14.662nm、18.471nm及22.63nm的多晶镍纳米柱0K及300K条件下单轴压缩模拟,结果表明尺寸效应主要受多晶塑性变形机制的影响。在0K温度下,多晶的塑性变形主要依靠孪晶变形,而300K多晶的塑性变形主要由晶界的运动主导。0K下多晶的塑性变形表现出明显的晶粒尺寸效应,流动应力随晶粒尺寸的减小而降低,呈反Hall-Petch关系。这主要是由孪晶变形的尺寸效应所造成的,大尺寸晶粒中孪晶较少而且倾向于由扩展位错形成孪晶,这种孪晶形成机制并不容易进行;而小尺寸晶粒中孪晶较多且倾向于由晶界发射的Shockley分位错形成孪晶,这种孪晶形成机制具有连续性。300K下晶界的运动弱化了孪晶所造成的尺寸效应。在其作用下,晶粒形状产生较大的变形,甚至因晶界破裂产生晶粒的合并长大。为了研究多晶试样尺寸效应,模拟了不同圆柱直径的多晶纳米柱微压缩过程,发现随着直径的增大,多晶的屈服应力随之增大。同时,运用表面层模型解释了这一现象。为研究单晶取向效应,本文还模拟了取向为[100]、[111]、[110]、[112?]和[2?6?5]的单晶纳米柱在0K下单轴压缩过程,结果表明不同晶体取向的纳米柱塑性变形机制不同。同时为研究尺寸效应,模拟了不同晶粒尺寸的单晶纳米柱的单轴压缩过程,发现屈服应力随晶粒尺寸的变化呈一种“越小越强”的趋势。为验证纳米材料中的试样尺寸效应,本文采用电沉积法制备了晶粒尺寸约为50nm的纳米晶Ni箔材,并对不同厚度的箔材做室温拉伸试验。同时,建立不同厚度的多晶Ni模型,进行了单轴拉伸模拟。对比试验与模拟结果,发现随着箔材厚度的增加,箔材的弹性模量、屈服强度等力学性能参数随之提高。
[Abstract]:In order to study the effect of crystal grain size , the grain size of polycrystalline nickel nano - column with different grain size has been studied . The results show that the grain size is different from the grain size . A single - axis tensile simulation was carried out . Compared with the simulation results , it was found that with the increase of the thickness of the foil , the mechanical parameters such as the elastic modulus and yield strength of the foil were improved .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.813

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本文编号：1792983