【摘 要】
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金属中的微结构,例如晶界、共格孪晶界、非共格孪晶界,经常作为强化金属的主要手段。传统的强化方法一般会降低材料的塑性。共格孪晶界由于其特殊的孪晶界-位错之间的相互作用,当孪晶的特征尺寸下降到纳米级别时,纳米孪晶结构对材料会显现出强化效果,这种材料的强化不会降低材料的塑性。镁中常见的孪晶主要有{1012}以及{10(?)1}两种孪晶。本文主要运用分子动力学对单晶镁中裂尖处的{110(?)1}形成机制以
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金属中的微结构,例如晶界、共格孪晶界、非共格孪晶界,经常作为强化金属的主要手段。传统的强化方法一般会降低材料的塑性。共格孪晶界由于其特殊的孪晶界-位错之间的相互作用,当孪晶的特征尺寸下降到纳米级别时,纳米孪晶结构对材料会显现出强化效果,这种材料的强化不会降低材料的塑性。镁中常见的孪晶主要有{1012}以及{10(?)1}两种孪晶。本文主要运用分子动力学对单晶镁中裂尖处的{110(?)1}形成机制以及{10(?)1}纳米孪晶镁的在纳米压痕下的变形机制进行了研究分析。主要取得了如下进展:(1)分析了镁中裂尖处{10(?)1}孪晶的形成机制:主要通过连续发射的2/9[1012]锥面部分位错实现,锥面部分位错的发射会伴有原子曳步的现象。文中对于位错矢量及原子曳步的大小给出了详细分析,表明这是一种以剪切为主导的孪生机制,剪切量为1.0672,远远大于其余两种常见的孪晶位错机制的剪切量(0.1736,0.1338)。此外,本文又分析了温度以及应变速率对该机制的影响。温度的升高有促进孪晶形成的趋势,但随着应变速率的升高,温度的促进作用会逐渐降低。应变率的提高会有利于此种孪生机制的出现。(2)探讨了{10(?)1}纳米孪晶镁在纳米压痕下的塑性变形机制为:前期以1/3[1010]基面部分位错的连续发射主导,随之会出现相变。当基面部分位错与{10(?)1}孪晶界相遇时会发生反应,在孪晶界另一侧以2/9[1012]锥面部分位错继续滑移,在变形后期则会出现晶体转向。随着取向角度的增大,塑性变形机制逐渐转变成1/3[1010]基面部分位错的连续发射,以及晶体转向。压头尺寸的增大会使晶体转向区域减小,从而材料硬度会有所降低。加载速率对材料硬度则无明显影响,但加载速率的提高会使纳米孪晶镁出现{10(?)1}孪生的现象,而{10(?)1}孪晶有着提高材料硬度的作用。
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