基于位错动力学的双位错与沉淀相交互作用建模及性能预测
发布时间：2022-01-20 16:29
临界分切应力是晶体滑移系开动所需的最小分切应力,在一定程度上能够反应材料抗塑性变形能力,目前可以对单晶试样做压缩实验来计算得到材料的临界分切应力。由于单晶试样的制备受实验条件的限制以及塑性变形的测量精度有限,因此实验方法具有很大的局限性。近几十年来随着计算机技术的发展,位错动力学作为介观尺度的研究方法,逐渐成为预测材料临界切分应力的有效方法。目前位错动力学在颗粒增强材料中的研究较为深入,研究人员根据实际材料的晶体结构,建立相应的单位错运动模型,模拟发现颗粒增强材料的临界切分应力与颗粒的分布与平均半径等因素相关,但是计算结果与实验误差较大。因此建立更符合实际的位错动力学模型来预测临界切分应力具有重要意义。本课题以欠时效状态下的镍基合金与铜钴合金为研究对象,基于位错与沉淀相的切过机制,考虑位错滑移过程中对晶体结构改变的影响,建立了双位错与沉淀相交互作用的位错动力学模型,研究了有序强化机制下γ′沉淀相的平均半径、体积分数、反向畴界能对临界分切应力的影响,同时研究了晶格错排机制下γ′沉淀相的平均半径、体积分数、晶格错排程度对临界分切应力的影响。并在S I Rao的颗粒模型基础上考虑了颗粒尺寸的...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳化硅晶体上生长的一条螺旋线
拉伸试验结果进行分析，研究其在750~800℃时临界分切应力的变化情况，M.Kolbe认为之所以两种合金的临界分切应力均在780℃时有所降低，是由于Ni空位原子的扩散使Al原子发生了移动，他详细阐述了低温状态与高温状态下位错穿过沉淀相的不同，低温时，γ相中一对a/2<110>（a为晶格常数）超位错在{111}晶面上滑移，并切过γ′沉淀相，超位错在γ′沉淀相中所受的反向畴界力相互抵消，不产生层错；高温时，两根a/6<112>位错无法同时在{111}晶面上滑移，因为每一个位错都在γ相中产生堆垛层错，而后续的滑移无法消除已经产生的层错。图1-2温度、金属纯度对临界分切应力的影响[7]Fig.1-2TheeffectoftemperatureandmetalpurityonCRSS目前仍很难测定晶体材料的临界分切应力[7]，一方面是由于理想实验材料的生产难以实现，另一方面是因为实验测量精度有限。对单晶样品进行压缩实验可以测得材料的临界切分应力[7-9]，目前主要可以通过水玶布鲁基漫法[11]、高温梯度定向凝固法[10]及丘克拉斯基[12]法等来制备单晶试样。但是这些方法均受到实验条件的限制，难以得到处于某种所需相态的实验材料。同时由于实验测量精度有限，实验很难精确的找出材料的屈服点，实际得到的屈服点相比真正的屈服点往往具有一定的滞后性，因此实验测得的临界分切应力并不是开动滑移系所需的最小应力，而是大量位错相互作用后的应力集合。针对以上的问题，研究人员考虑采用结构简单的材料，通过拉伸试验观察材料中位错运动情况，研究临界分切应力与位错密度、晶格错排等因素之间的内在关系，将位错运动与材料晶体结构结合起来建立合适的模型，实现定量表征材料的塑性变形过程[13]，从而预测临界分切应力。
上海交通大学硕士学位论文-6-其中v代表位错段的运动速度，表示的是滑移线方向上作用在位错线上的力,B是粘性阻尼系数。通过此方程可以得到位错构型的演化过程。在位错构型演化过程中，位错的相互作用是比较复杂的问题，它包括位错的分解，位错的缠结，分错割接扭折等等，很多具体细节仍未确定，需要通过大量的实验或原子模拟来制定合适准则[24]。图1-3(a)位错线的潜在晶格描述(b)位错线的连续化描述Fig.1-3Therepresentationofdislocation通过离散位错动力学的方法，可以模拟晶体材料的塑性变形过程，从而预测晶体材料的各种力学性能。目前，离散位错动力学方法已经在分析位错形成、演化，定性解释滑移阶段硬化等方面有了很深入的研究。例如：杨继红等人通过离散位错动力学的方法模拟了单晶Cu在循环载荷下的位错的进程和演化过程[25];黄国君等人则提出了在单晶中滑移位错动力学模型及偶极子的攀移机制[26]，这些可以定性的解释了位错花样的形成。Madec等人[27]基于Taylor硬化率研究共线位错的相互作用和相关的硬化现象。Greer[28]等人通过模拟发现在体心立方晶体中位错运动速度低，位错容易通过与自身相互作用而形成位错网，因而不会出现位错逃逸现象。在离散位错动力学方法中，可通过已有位错理论精确计算出位错间的长程作用，而位错间的短程作用（例如位错的连接与交割的形成、位错形核与湮灭等）则可以通过本构法则来进行模拟得到。1.2.3位错动力学的分类按照研究区域的维度位错动力学模型可以分成二维和三维。真实的位错运动是在三维区域内进行的，因此三维的位错动力学比二维的考虑更全面。由于位错在金属内的运动非常复杂，因此建立完全符合实际位错运动的模型不太现实，一
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于晶体学模型估算单相多晶体材料屈服临界分切应力[J]. 宗毳,毛卫民,朱国辉,谢利. 塑性工程学报. 2013(06)
[2]Cu-Al-Ni-Be形状记忆合金单晶制备及其性能特性研究[J]. 朱明,王乐酉,宋高峰,毛协民,翟启杰,李重河,徐华苹,吴益文. 功能材料. 2007(09)
[3]多孔金属材料泡沫铝的研究进展[J]. 薛涛. 轻金属. 1993(04)
博士论文
[1]晶体材料循环变形的微尺度效应及其离散位错模拟[D]. 侯传涛.华中科技大学 2009
本文编号：3599155
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳化硅晶体上生长的一条螺旋线
拉伸试验结果进行分析，研究其在750~800℃时临界分切应力的变化情况，M.Kolbe认为之所以两种合金的临界分切应力均在780℃时有所降低，是由于Ni空位原子的扩散使Al原子发生了移动，他详细阐述了低温状态与高温状态下位错穿过沉淀相的不同，低温时，γ相中一对a/2<110>（a为晶格常数）超位错在{111}晶面上滑移，并切过γ′沉淀相，超位错在γ′沉淀相中所受的反向畴界力相互抵消，不产生层错；高温时，两根a/6<112>位错无法同时在{111}晶面上滑移，因为每一个位错都在γ相中产生堆垛层错，而后续的滑移无法消除已经产生的层错。图1-2温度、金属纯度对临界分切应力的影响[7]Fig.1-2TheeffectoftemperatureandmetalpurityonCRSS目前仍很难测定晶体材料的临界分切应力[7]，一方面是由于理想实验材料的生产难以实现，另一方面是因为实验测量精度有限。对单晶样品进行压缩实验可以测得材料的临界切分应力[7-9]，目前主要可以通过水玶布鲁基漫法[11]、高温梯度定向凝固法[10]及丘克拉斯基[12]法等来制备单晶试样。但是这些方法均受到实验条件的限制，难以得到处于某种所需相态的实验材料。同时由于实验测量精度有限，实验很难精确的找出材料的屈服点，实际得到的屈服点相比真正的屈服点往往具有一定的滞后性，因此实验测得的临界分切应力并不是开动滑移系所需的最小应力，而是大量位错相互作用后的应力集合。针对以上的问题，研究人员考虑采用结构简单的材料，通过拉伸试验观察材料中位错运动情况，研究临界分切应力与位错密度、晶格错排等因素之间的内在关系，将位错运动与材料晶体结构结合起来建立合适的模型，实现定量表征材料的塑性变形过程[13]，从而预测临界分切应力。
上海交通大学硕士学位论文-6-其中v代表位错段的运动速度，表示的是滑移线方向上作用在位错线上的力,B是粘性阻尼系数。通过此方程可以得到位错构型的演化过程。在位错构型演化过程中，位错的相互作用是比较复杂的问题，它包括位错的分解，位错的缠结，分错割接扭折等等，很多具体细节仍未确定，需要通过大量的实验或原子模拟来制定合适准则[24]。图1-3(a)位错线的潜在晶格描述(b)位错线的连续化描述Fig.1-3Therepresentationofdislocation通过离散位错动力学的方法，可以模拟晶体材料的塑性变形过程，从而预测晶体材料的各种力学性能。目前，离散位错动力学方法已经在分析位错形成、演化，定性解释滑移阶段硬化等方面有了很深入的研究。例如：杨继红等人通过离散位错动力学的方法模拟了单晶Cu在循环载荷下的位错的进程和演化过程[25];黄国君等人则提出了在单晶中滑移位错动力学模型及偶极子的攀移机制[26]，这些可以定性的解释了位错花样的形成。Madec等人[27]基于Taylor硬化率研究共线位错的相互作用和相关的硬化现象。Greer[28]等人通过模拟发现在体心立方晶体中位错运动速度低，位错容易通过与自身相互作用而形成位错网，因而不会出现位错逃逸现象。在离散位错动力学方法中，可通过已有位错理论精确计算出位错间的长程作用，而位错间的短程作用（例如位错的连接与交割的形成、位错形核与湮灭等）则可以通过本构法则来进行模拟得到。1.2.3位错动力学的分类按照研究区域的维度位错动力学模型可以分成二维和三维。真实的位错运动是在三维区域内进行的，因此三维的位错动力学比二维的考虑更全面。由于位错在金属内的运动非常复杂，因此建立完全符合实际位错运动的模型不太现实，一
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于晶体学模型估算单相多晶体材料屈服临界分切应力[J]. 宗毳,毛卫民,朱国辉,谢利. 塑性工程学报. 2013(06)
[2]Cu-Al-Ni-Be形状记忆合金单晶制备及其性能特性研究[J]. 朱明,王乐酉,宋高峰,毛协民,翟启杰,李重河,徐华苹,吴益文. 功能材料. 2007(09)
[3]多孔金属材料泡沫铝的研究进展[J]. 薛涛. 轻金属. 1993(04)
博士论文
[1]晶体材料循环变形的微尺度效应及其离散位错模拟[D]. 侯传涛.华中科技大学 2009
本文编号：3599155
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