密排六方Ti中H与（11（?）1）孪晶界相互作用的理论计算研究
发布时间：2021-09-22 03:47
金属钛（Ti）是重要的结构金属。室温下钛呈α相,即密排六方（hcp）结构。钛材在应用中常会受到应力作用,而孪生是密排六方晶体的主要塑性变形方式,所以对钛的孪生机制和孪晶界中缺陷等研究十分重要。{11（?）1}<1126>孪生系统是密排六方钛中最常见的孪生系统之一,而且{11（?）1}孪晶界是仅由每c晶格的基面位错滑动形核而成的,据文献报道它具有非常小的晶界迁移能垒。另外,钛对氢（H）有良好的亲和力,随着氢浓度增加,会引起结构从密排六方到立方或四方结构的相变,并且钛氢化合物的形核,可能引起氢脆。目前钛-氢体系的理论研究多基于体相,而对氢和孪晶界相互作用的研究较少,并且缺少关于较高浓度氢存在于孪晶界附近的研究。本文的研究内容是使用第一性原理计算和从头分子动力学模拟的方法研究氢与（11（?）1）孪晶界的相互作用:研究不同数量H原子固溶的间隙位,以及（11（?）1）孪晶界结构中的氢扩散,孪晶界移动的动力学,研究晶界在有氢存在下的拉伸性能。主要研究结果如下:（1）氢通过间隙固溶的方式进入密排六方钛基体。体相钛中,一个H原子优先占据八面体间隙。在（11（?）1）孪晶结构中,少量氢倾向占...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１孪生四要素：／０－孪生面，心－共轭面，；／／－孪生方向，和－共轭孪生方向，户－剪切面［９］??
?密排六方Ｔｉ中Ｈ与（１丨２丨）孪晶界相互作用的理论计算研究???位向恰好形成以孪生面为对称面的镜像对称关系。通常，把这两部分晶体合称为孪晶。??孪生过程中存在两对不畸变的面幻、心和方向；／／、＆，称为孪生四要素。其中，幻是孪??生面，价是幻的切变方向即孪生方向，尺２是另一个不变面（或共轭面），包含／／／且垂直??于幻、心的平面是切变面凡ｐ是沿面和切变面Ｐ的交线，如图１．１所示。??ｚｌ?—?＝＼Ｚ?—叫，??图１．１孪生四要素：／０－孪生面，心－共轭面，；／／－孪生方向，和－共轭孪生方向，户－剪切面［９］??晶体的滑移和孪生都是依靠位错的运动进行的，滑移是全位错运动的结果，而孪生??依赖于部分位错的运动。晶体中滑移系越多，晶体越容易发生塑性变形，塑性越好。而??孪生多发生在难以滑移的情况下，如密排六方结构中，滑移系统数量十分有限，一般是??通过改变晶体位向来产生新的滑移系，或者说把难以滑移的系统转变为容易发生滑移的??系统的方式，使得晶体中滑移和孪生交替进行，产生较大的变形，因此孪生可以间接地??影响晶体的塑性。??圍??图１．２两种孪品界（ａ）共格孪晶界（ｂ）非共格孪晶界ｍ??另外，从界面的角度看，孪晶两部分晶体位向通过某公共几何面形成镜像对称位向??关系，这个几何面附近的原子排列发生畸变，这样的孪晶分界面称为孪晶界。如果孪晶??界与孪生面重合，那么这种孪晶界称为共格孪晶界Ｍ，如图１．２?（ａ）所示，晶界两侧晶??体可以完全对正。相反，如果孪晶界不与孪生面平行，而是孪生面旋转一定角度的平面，??晶界两侧晶格不能完全对正，也就是存在一定的错配，则称这种不完全对称的孪晶界为??非共格孪晶界［１〇］，如图１．２
?密排六方Ｔｉ中Ｈ与（１１２１）孪晶界相互作用的理论计算研究???体原子之间成键而形成合金化合物；在杂质原子浓度较低（低于临界固溶浓度）的情况??下，常以固溶的方式进入基体形成固溶体。一般有两种固溶方式：间隙固溶和替换固溶，??如图１．４所示。对于原子半径较小的溶质原子，如Ｈ，０，?Ｎ，Ｃ等以进入金属晶格间隙??的方式固溶，而其他原子半径较大的溶质元素原子，如一些金属原子，会以替换晶格原??子的方式进入基体，并引起局部晶格常数变化和晶格畸变。合金化溶质和间隙杂质原子，??可以影响晶格中其他缺陷（如位错）的运动，这对合金的机械性质（如可塑性、延展性??等）具有重要影响。??（ａ）〇〇〇〇〇?（ｂ）〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??〇〇？〇〇?Ｏ?Ｏ?０＊０?ｏ??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??图１．４简单立方晶格中的（ａ）取代和（ｂ）填隙溶质原子??—……一…?—?－：Ｔ??ｆ?ｆ?〇?ｗｒ．ｉｃ??ｅＫ，ｊ?１?＼?：ｒ?ｉ??〇?５００?：?？?Ｊｏ?ａ°?Ｊ＊?Ｊ，Ｖ，ｔ?［Ｌ??？?３?ｉ?＊＊?￥?７６Ｄｆｔ〇??１?ｗ，ｉ?＃１＾－??Ｖ＂?６?？卿．０?：??Ｓ．?〇?产?＼?？?ｊ??？?８２Ａｒｔ?｜??＾?ｐ?＼?■?？２Ｍｉ！?＾??１００＾?Ｏ?７ＢＧａｂ２?［？??〇４?Ｆ?＜＼?？Ｋｏｒ??１００－１?Ｊ?ｃ?ｃ??＿：ｊ?…?ｉ?Ｉ?［??ｎ?ｉｉ＞?ａｎ?．ｗ?４ｆｌ?＆〇?ｗ?？〇?的??Ｔｉ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??图１．５Ｔｉ－
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛金属和钛产业的发展[J]. 许国栋,王桂生. 稀有金属. 2009(06)
[2]金属钛制备方法的新进展[J]. 刘美凤,郭占成. 中国有色金属学报. 2003(05)
[3]钛应用近况[J]. 高敬,宁兴龙. 轻金属. 2000(11)
博士论文
[1]钨晶界上点缺陷的第一性原理研究[D]. 何文豪.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2018
硕士论文
[1]氢致纯钛弹塑性变形机制研究[D]. 杨诚.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3403076
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１孪生四要素：／０－孪生面，心－共轭面，；／／－孪生方向，和－共轭孪生方向，户－剪切面［９］??
?密排六方Ｔｉ中Ｈ与（１丨２丨）孪晶界相互作用的理论计算研究???位向恰好形成以孪生面为对称面的镜像对称关系。通常，把这两部分晶体合称为孪晶。??孪生过程中存在两对不畸变的面幻、心和方向；／／、＆，称为孪生四要素。其中，幻是孪??生面，价是幻的切变方向即孪生方向，尺２是另一个不变面（或共轭面），包含／／／且垂直??于幻、心的平面是切变面凡ｐ是沿面和切变面Ｐ的交线，如图１．１所示。??ｚｌ?—?＝＼Ｚ?—叫，??图１．１孪生四要素：／０－孪生面，心－共轭面，；／／－孪生方向，和－共轭孪生方向，户－剪切面［９］??晶体的滑移和孪生都是依靠位错的运动进行的，滑移是全位错运动的结果，而孪生??依赖于部分位错的运动。晶体中滑移系越多，晶体越容易发生塑性变形，塑性越好。而??孪生多发生在难以滑移的情况下，如密排六方结构中，滑移系统数量十分有限，一般是??通过改变晶体位向来产生新的滑移系，或者说把难以滑移的系统转变为容易发生滑移的??系统的方式，使得晶体中滑移和孪生交替进行，产生较大的变形，因此孪生可以间接地??影响晶体的塑性。??圍??图１．２两种孪品界（ａ）共格孪晶界（ｂ）非共格孪晶界ｍ??另外，从界面的角度看，孪晶两部分晶体位向通过某公共几何面形成镜像对称位向??关系，这个几何面附近的原子排列发生畸变，这样的孪晶分界面称为孪晶界。如果孪晶??界与孪生面重合，那么这种孪晶界称为共格孪晶界Ｍ，如图１．２?（ａ）所示，晶界两侧晶??体可以完全对正。相反，如果孪晶界不与孪生面平行，而是孪生面旋转一定角度的平面，??晶界两侧晶格不能完全对正，也就是存在一定的错配，则称这种不完全对称的孪晶界为??非共格孪晶界［１〇］，如图１．２
?密排六方Ｔｉ中Ｈ与（１１２１）孪晶界相互作用的理论计算研究???体原子之间成键而形成合金化合物；在杂质原子浓度较低（低于临界固溶浓度）的情况??下，常以固溶的方式进入基体形成固溶体。一般有两种固溶方式：间隙固溶和替换固溶，??如图１．４所示。对于原子半径较小的溶质原子，如Ｈ，０，?Ｎ，Ｃ等以进入金属晶格间隙??的方式固溶，而其他原子半径较大的溶质元素原子，如一些金属原子，会以替换晶格原??子的方式进入基体，并引起局部晶格常数变化和晶格畸变。合金化溶质和间隙杂质原子，??可以影响晶格中其他缺陷（如位错）的运动，这对合金的机械性质（如可塑性、延展性??等）具有重要影响。??（ａ）〇〇〇〇〇?（ｂ）〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??〇〇？〇〇?Ｏ?Ｏ?０＊０?ｏ??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??图１．４简单立方晶格中的（ａ）取代和（ｂ）填隙溶质原子??—……一…?—?－：Ｔ??ｆ?ｆ?〇?ｗｒ．ｉｃ??ｅＫ，ｊ?１?＼?：ｒ?ｉ??〇?５００?：?？?Ｊｏ?ａ°?Ｊ＊?Ｊ，Ｖ，ｔ?［Ｌ??？?３?ｉ?＊＊?￥?７６Ｄｆｔ〇??１?ｗ，ｉ?＃１＾－??Ｖ＂?６?？卿．０?：??Ｓ．?〇?产?＼?？?ｊ??？?８２Ａｒｔ?｜??＾?ｐ?＼?■?？２Ｍｉ！?＾??１００＾?Ｏ?７ＢＧａｂ２?［？??〇４?Ｆ?＜＼?？Ｋｏｒ??１００－１?Ｊ?ｃ?ｃ??＿：ｊ?…?ｉ?Ｉ?［??ｎ?ｉｉ＞?ａｎ?．ｗ?４ｆｌ?＆〇?ｗ?？〇?的??Ｔｉ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??图１．５Ｔｉ－
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛金属和钛产业的发展[J]. 许国栋,王桂生. 稀有金属. 2009(06)
[2]金属钛制备方法的新进展[J]. 刘美凤,郭占成. 中国有色金属学报. 2003(05)
[3]钛应用近况[J]. 高敬,宁兴龙. 轻金属. 2000(11)
博士论文
[1]钨晶界上点缺陷的第一性原理研究[D]. 何文豪.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2018
硕士论文
[1]氢致纯钛弹塑性变形机制研究[D]. 杨诚.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3403076
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3403076.html
