纳米晶铁和钽在单向拉伸载荷作用下的分子动力学模拟

摘要

本文利用分子动力学方法研究了纳米晶BCC金属铁和钽在单向拉伸载荷作用下的力学性能和微观结构演化。结果表明，在孔隙率非常低的情况下，纳米晶铁和钽的弹性模量与试样的相对密度成线性关系。两者的拉伸强度随着晶粒尺寸的增加而增大，显示出反常的Hall-Petch关系。对纳米晶钽的模拟结果表明纳米晶钽的流动应力随着温度的升高而增大，并随着应变率的增加而增大。在变形过程中，两者都出现了晶粒旋转，晶界滑移和运动以及位错的运动。低温模拟结果表明，纳米晶铁和钽在变形过程中都出现了应力诱导的相变，其中FCC结构含量的最大值和抗拉强度成线性关系，并由此可以推出相变发生的临界应力值。应变率虽然不是影响相变结构含量最大值的根本因素，但却可以影响到相变发生的起始点。纳米晶钽在变形过程中出现了明显的晶间断裂现象，而铁则没有，在本文的研究范围之内，裂纹形成所对应的试样变形和晶粒尺寸无关，而与应变率和模拟温度有关。纳米晶钽在变形过程中发生局部孪晶化。 纳米晶BCC金属的变形机制可解释为晶粒旋转，晶界滑移和运动以及位错的运动。这与FCC金属相似，而当应力足够大时试样局部通过发生相变来协调试样的变形。对于纳米晶钽，晶间断裂也是一种协调试样变形的机制。这不同于FCC金属。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章研究方法及原理

2.1纳米晶试样的计算机合成算法

2.2分子动力学原理

2.3应力的计算

2.4原子构型的结构分析方法

第三章模拟结果与分析

3.1模拟与分析方法

3.2结果与讨论

3.2.1纳米晶体结构

3.2.2弹性模量

3.2.3应力应变曲线与反常的Hall-Petch关系

3.2.4变形机制

3.2.5相变

3.2.6晶间断裂

第四章结论与展望

参考文献

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