分子动力学模拟拉伸温度对锆相变的影响

摘要

本文采用分子动力学模拟方法研究了不同拉伸温度(100~900 K)对密排六方结构(HCP)的锆单晶相变的影响,并将模拟结果与实验观察中高分辨率透射电子显微图片相结合。结果表明:外加载荷会诱发沿Pitsch-Schrader(PS)的位向关系(OR)的HCP到体心立方结构(BCC)的相变,随后,BCC相沿贝茵路径(Bain path)转化为FCC相。在100 K和300 K温度下,HCP-BCC的相变不完全,导致FCC和原始HCP相之间呈柱面型关系;当温度在100~600 K时,会发生局部的BCC-HCP逆相变,其位向关系符合PS关系的其他变体形式,从而导致新生成的HCP和FCC相呈基面型关系。当应变高于45%时,较高的拉伸温度能够促进FCC相向BCC相的转变。另外,在较低的拉伸温度下,晶体表现出较高的强度但塑性有所降低。本研究揭示了HCP-Zr在不同温度下的变形机理,为进一步了解锆合金在不同应用环境下的变形规律提供了依据。