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铝镁合金中溶质分布形态的分子动力学研究

作　者: 杜海龙
导　师: 陈忠家
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 分子动力学塑性变形位错溶质原子 PLC效应
分类号: O347
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

对金属材料而言,位错滑移是其塑性变形的主要方式,位错在运动过程中会受到溶质原子的影响,从而影响金属材料的塑性变形性能。本文将从微观角度,采用分子动力学方法和改进型的嵌入原子势函数对铝镁合金中单个刃型位错与置换式溶质原子间的交互作用进行模拟研究。通过研究不同条件下溶质原子与位错交互作用的不同表现形式,分析了这些表现形式与材料宏观塑性行为的联系。主要结论如下:(1)常温下,镁原子在铝晶胞中的扩散速度随着空位浓度的增加而增加。引入位错后,在没有应变的情况下,溶质原子通过扩散在位错周围形成Cottrell气团,该原子气团的浓度随着离位错线距离的增加而减小。(2)常温下,随着变形速度的不同,位错与溶质原子间的弹性交互作用存在三种表现形式:当加载应变率较小的时候,位错始终处于溶质原子气团的有效钉扎下;当加载应变率较大时,位错将在脱钉的状态下运动;而在加载应变率适中的情况下,位错的钉扎和脱钉具有歧义性,从而给出了合金材料出现PLC效应的微观物理机制。(3)随着温度的升高,在没有应变的情况下,溶质原子向位错周围的偏聚趋势逐渐减弱,所形成的原子气团的浓度随着温度的升高而降低,高温时溶质原子呈弥散状分布。(4) T = 500K时,随着应变率的不同,位错与溶质原子间的弹性交互作用也表现出了常温时所表现出的三种形式,但由于相比常温时溶质原子气团的浓度有所降低,故而其钉扎作用减弱。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-12
第一章绪论  12-20
  1.1 晶体缺陷  12-14
    1.1.1 晶体缺陷及其种类  12
    1.1.2 位错  12-14
    1.1.3 溶质原子  14
  1.2 分子动力学方法  14-19
    1.2.1 分子动力学方法概述  14-15
    1.2.2 分子动力学方法的发展历程  15-16
    1.2.3 分子动力学模拟的基本步骤  16
    1.2.4 分子动力学模拟的应用简介  16-19
      1.2.4.1 铝单晶中位错交割过程的分子动力学模拟  16-17
      1.2.4.2 铜-铝扩散焊及拉伸的分子动力学模拟  17-18
      1.2.4.3 动态压缩下马氏体相变力学性质的微观研究  18-19
  1.3 课题的背景、内容及意义  19
  1.4 论文章节安排  19-20
第二章位错与溶质原子的交互作用  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 置换式溶质原子与位错的弹性交互作用  20-21
  2.3 置换式溶质原子与螺型位错之间的弹性交互作用  21-22
  2.4 置换式溶质原子与刃型位错之间的弹性交互作用  22-25
    2.4.1 置换式溶质原子与刃型位错之间的弹性交互作用能  22-24
    2.4.2 置换式溶质原子在刃型位错周围的分布特点  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章分子动力学方法理论基础  26-38
  3.1 引言  26
  3.2 分子动力学相关理论介绍  26-36
    3.2.1 力学原理的介绍  26-28
    3.2.2 运动方程的数值解法  28-29
      3.2.2.1 Verlet 算法  28
      3.2.2.2 蛙跳（Leap-frog）算法  28-29
      3.2.2.3 Gear 的预测校正算法  29
    3.2.3 粒子系综  29-33
      3.2.3.1 微正则系综(N,V,E)  30-31
      3.2.3.2 正则系综（ N,V , T ）  31
      3.2.3.3 等温等压系综（N, P, T ）  31-33
    3.2.4 势函数理论与模型  33-36
      3.2.4.1 势函数的发展  34
      3.2.4.2 金属中的嵌入原子势模型  34-35
      3.2.4.3 分析型的嵌入原子法  35-36
    3.2.5 力的计算  36
  3.3 本章小结  36-38
第四章无应变条件下的模拟  38-47
  4.1 分子动力学模型的建立  38-42
    4.1.1 模型参数拟合  38-41
    4.1.2 几何模型建立  41-42
  4.2 静态驰豫结果及分析  42-46
    4.2.1 无位错时的静态驰豫  42-44
    4.2.2 位错静止时的静态驰豫  44-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章不同条件下溶质原子与位错相互作用  47-55
  5.1 不同应变下的模拟结果及分析  47-52
    5.1.1 小应变条件下的模拟  47-48
    5.1.2 中应变条件下的模拟  48-50
    5.1.3 大应变条件下的模拟  50-51
    5.1.4 应变对溶质原子分布的影响  51-52
  5.2 不同温度下的模拟结果及分析  52-54
    5.2.1 在不同温度下,无应变时的模拟结果  52-53
    5.2.2 T= 500 K 时,不同应变下的模拟结果  53-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章全文工作总结和展望  55-56
  6.1 全文工作总结  55
  6.2 未来工作进展  55-56
参考文献  56-59

铝镁合金中溶质分布形态的分子动力学研究

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