应力作用下纳米晶体材料小角度晶界位错运动过程的研究

发布时间：2017-08-08 05:18

  本文关键词：应力作用下纳米晶体材料小角度晶界位错运动过程的研究

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【摘要】：纳米晶体材料相对于传统材料具有独特的机械性能,在机械加载过程中,许多纳米晶体材料具有非常良好的弹塑性,关于其形成机制,目前已经被广泛研究。材料的微观结构决定了材料的宏观性质,当纳米晶体材料中的晶粒只有仅仅几纳米到几十纳米时,晶粒与晶粒之间的晶界以及组成晶界的位错对于纳米材料的塑性变形则起着很重要的作用。一般来说,纳米晶体材料的塑性以及超塑性机制可分为以下几种：普通的位错滑移、沿晶界扩展蠕变、三晶界连接点旋转变形、晶界滑移以及孪晶等等。这些机制的激活大都基于纳米晶体材料的晶粒尺寸。在本论文,依照二维位错-向错动力学,构建了一个理论模型来描述形变中的纳米晶体材料中小角度倾侧晶界瓦解的过程。运用位错弹性理论,计算了晶界位错在应力场中的受力,同时结合位错动力学公式,计算晶界瓦解所需的临界切应力,并分析在瓦解过程中位错整体的运动过程。本论文首次计算并模拟研究了同时受到x方向和y方向作用力的晶界位错运动问题。通过这一系列的研究,可以揭示纳米材料在塑性变形过程中具有大量的可移动的位错的形成机制。这有助于了解纳米晶体材料的优异的塑性性能。在本论文的计算模拟过程中,得到了如下结论：1、对于单晶界位错组态,晶界位错在受到外应力作用的时候,会由晶界两端率先发射位错,随着应力的增加,逐渐向晶界中间扩展,最终导致整个晶界瓦解。向错强度的增加,会导致晶界瓦解难度的增加。2、在单晶界处,得到一组柏氏矢量与x轴成45度夹角的斜排位错组态。当不施加外力作用时,晶界位错以中间位错为中心顺时针旋转45度,成稳定状态。当施加外力后,在外应力增加的过程中,位错整体会逆着柏氏矢量方向滑移。3、对于双晶界模型,可以分为双晶界双位错组态模型和双晶界单位错组态模型。这两组模型综合研究发现,邻晶界的存在都会导致小角晶界瓦解所需的临界切应力减小,即邻晶界会有助于小角度晶界的瓦解。4、同号的双晶界单位错组态模型中,晶界的存在能够吸引邻晶界位错运动,促进邻晶界的瓦解。异号的双晶界单位错组态模型中,晶界的存在起到排斥邻晶界位错运动的趋势,但同样促进邻晶界的瓦解。晶界的向错强度越大,向错作用力对邻晶界位错的吸引力或排斥力也越大。两晶界的晶界长度相等时,晶界瓦解所需的临界切应力最小。以上结论将有助于了解纳米晶体材料在塑性变形过程中位错的运动演化机制。同时对了解纳米材料的良好的塑性性能具有重要的指导意义。
【关键词】：位错滑移 向错 剪切应力 小角晶界
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 纳米晶体材料的微观结构11-14
• 1.2.1 晶体缺陷12-13
• 1.2.2 位错及向错理论13-14
• 1.3 纳米晶体材料变形机制的研究14-15
• 1.4 计算机技术对材料微结构研究的重要意义15-16
• 1.5 问题的提出以及本文研究内容16-18
• 1.5.1 问题的提出16-17
• 1.5.2 本文研究内容17-18
• 第二章 模型与方法18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 小角晶界模型18-21
• 2.2.1 单晶界位错组态的晶界模型18-19
• 2.2.2 双晶界位错组态的晶界模型19-21
• 2.3 晶界处位错的受力分析21-30
• 2.3.1 应力场对位错的作用力21-23
• 2.3.2 外加剪切应力对位错的作用力23-24
• 2.3.3 位错间相互作用力24-28
• 2.3.4 向错对位错的作用力28-30
• 2.4 晶界处位错的运动方程30
• 2.5 参数的选取和求解步骤30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 小角倾侧晶界中单晶界位错的湮灭过程32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 单晶界位错组态模型32-34
• 3.3 切应力对晶界整体运动的影响34-42
• 3.4 单个位错的临界切应力42-45
• 3.5 向错强度ω对晶界瓦解的影响45-46
• 3.6 不同切应力对斜排位错整体运动的影响46-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第四章 小角倾侧晶界中双晶界位错的湮灭过程51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 双晶界单位错组态模型与公式51-54
• 4.3 同号向错中邻晶界对晶界位错运动的影响54-60
• 4.3.1 邻晶界向错强度ω_l对晶界位错运动的影响55-58
• 4.3.2 两晶界间距l对晶界位错运动的影响58-59
• 4.3.3 邻晶界晶界长度d_l对晶界位错运动的影响59-60
• 4.4 异号向错中邻晶界对晶界位错运动的影响60-64
• 4.4.1 邻晶界向错强度ω_l对晶界位错运动的影响62
• 4.4.2 两晶界间距l对晶界位错运动的影响62-63
• 4.4.3 邻晶界晶界长度d_l对晶界位错运动的影响63-64
• 4.5 双晶界双位错组态模型的介绍与分析64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 总结67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72

【参考文献】

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本文编号：638402