纳米晶WC-Co硬质合金高温力学行为的模拟研究

发布时间：2024-04-19 02:44

　　研究高温条件下WC-Co硬质合金的力学行为及其微观机制,对理解硬质合金的结构与性能之间的关系、设计制备高性能材料具有重要的科学意义和指导价值。然而,受限于目前的实验设备观测水平,对于WC-Co硬质合金这种典型的金属陶瓷复合材料在高温下的力学行为和变形机理缺乏系统研究,特别是在原子尺度对纳米多晶体硬质合金高温力学行为及其微观机制尚无量化认识。基于此,本文采用分子动力学方法,在原子尺度上建立WC-Co硬质合金多晶模型,在单向载荷作用下,研究纳米晶硬质合金在室温和高温下的力学行为随外加载荷的变化规律,分析晶界、晶粒内部缺陷和晶粒尺寸对高温塑性变形机制的影响。主要的研究内容和结果如下:以较大晶粒尺寸(13.0nm)的纳米晶硬质合金为研究对象,在单向压缩模拟条件下,分析了晶粒微观组织随温度和应力的变化规律,计算评估了派纳力对Co和WC中位错运动的影响,揭示了高温条件下裂纹形核与扩展的原因。根据模拟结果提出了纳米晶硬质合金以晶界滑移、晶界迁移、晶粒转动和晶内位错、层错运动共同作用的高温塑性变形机制。以不同晶粒尺寸(5.97¹5.05nm)的纳米晶硬质合金为研究对象,在室温和高...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
    1.1 硬质合金高温力学行为研究现状
    1.2 分子动力学模拟在材料高温力学行为研究中的应用
    1.3 纳米晶WC-Co硬质合金力学行为模拟研究中存在的问题
    1.4 本文研究意义及主要研究内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 主要研究内容
第2章 纳米晶WC-Co硬质合金的分子动力学模拟方法
    2.1 分子动力学基本理论与计算流程
    2.2 初始条件和边界条件的设置
        2.2.1 温度修正
        2.2.2 速度修正
        2.2.3 周期性边界条件
    2.3 原子间作用势
        2.3.1 对势
        2.3.2 多体势
    2.4 积分算法
        2.4.1 Verlet算法
        2.4.2 Velocity-Verlet算法
    2.5 系综
        2.5.1 温度控制方法
        2.5.2 压力控制方法
    2.6 软件使用及模拟环境设定
        2.6.1 软件使用
        2.6.2 模拟环境设定
    2.7 纳米晶WC-Co硬质合金的模拟设计
        2.7.1 多晶WC-Co块体的构造
        2.7.2 纳米晶WC-Co硬质合金的结构弛豫
        2.7.3 纳米晶WC-Co硬质合金的压缩
    2.8 力学和热学性质的计算及缺陷分析方法
        2.8.1 应力的计算
        2.8.2 温度的计算
        2.8.3 缺陷分析方法
第3章 温度对纳米晶WC-Co硬质合金压缩行为的影响
    3.1 引言
    3.2 模型建立和模拟过程
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 模拟过程
    3.3 模拟结果与讨论
        3.3.1 应力应变曲线
        3.3.2 压缩载荷下的组织演变
        3.3.3 压缩载荷下Co和 WC中的位错和层错
    3.4 本章小结
第4章 晶粒尺寸对纳米晶WC-Co硬质合金室温和高温变形行为的影响
    4.1 引言
    4.2 平均晶粒尺寸为6nm的 WC-Co硬质合金高温变形行为
        4.2.1 模型建立和模拟过程
        4.2.2 应力应变曲线
        4.2.3 WC/WC晶界协调变形机理
        4.2.4 Co内位错密度
    4.3 纳米晶WC-Co硬质合金高温压缩变形的晶粒尺寸效应
        4.3.1 模型建立和模拟过程
        4.3.2 室温和高温下不同晶粒尺寸纳米晶WC-Co硬质合金的塑性行为
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间获得的研究成果
致谢



本文编号：3958110