合金材料塑性变形过程中位错和溶质原子交互作用的蒙特卡罗模拟

摘要

位错与溶质原子的交互作用对合金材料的宏观力学行为影响颇大，微观上位错和溶质原子间的交互作用也影响着合金材料的变形方式。随着汽车工业的发展和汽车轻量化要求的迫切，对影响铝合金塑性成形性能的锯齿形屈服效应的研究显得非常重要。对位错和溶质原子的交互作用进行研究，可为合金材料的微观特征物理量与其宏观力学行为的衔接奠定一定的理论基础。本文从微观角度运用动态蒙特卡罗方法，模拟单个刃型位错和置换溶质原子之间的交互作用，主要内容如下： 1.运用动态蒙特卡罗模型，对两种极限情况(位错始终静止和溶质浓度为零)进行模拟。当位错始终静止时模拟得到位错的中心处形成Cottrell气团，远离中心处也有溶质云层形成，同时也检验了模拟方法的可行性。 2.动态模拟中假设溶质原子之间没有相互作用，得到在不同的外加应力下位错的运动特征和溶质原子的分布状态。结果表明，在较小的外加应力下，位错的运动受到溶质原子的迟滞作用很容易被钉扎；在较大的外加应力下，位错的运动基本不受溶质原子的影响；而中等的应力下位错的运动状态具有歧义性，速度出现高低跳跃的状态。 3.研究了溶质原子浓度和溶质原子体积膨胀对位错运动速度和临界脱钉应力的影响。结果表明，随着溶质原子浓度和体积膨胀的改变，位错的运动速度存在高速和低速两个分支；位错的临界脱钉应力值随着溶质原子浓度和体积膨胀的增加而增加。 4.当考虑溶质原子之间的相互作用，分析了溶.溶作用对对静态模拟中溶质原子的分布的影响，以及在动态模拟中对位错运动特征的影响。模拟结果反映出位错的钉扎和脱钉现象的并存，为从微观角度深入研究锯齿形屈服效应奠定了基础。

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致谢

第一章 绪论

1.1位错和溶质原子的概念

1.1.1位错的概念

1.1.2溶质原子的错配球模型

1.2蒙特卡罗方法概述

1.3蒙特卡罗方法的基本步骤以及随机数的产生与检验

1.4蒙特卡罗方法的应用简介

1.4.1晶体牛长机制和生长动力学的蒙特卡罗模拟研究

1.4.2晶粒长大的蒙特卡罗模拟及其算法应用研究

1.5本文的选题背景、研究内容

第二章 蒙特卡罗模拟方法的实施与检验

2.1 引言

2.2溶质原子与位错的弹性交互作用

2.3蒙特卡罗模拟的几种典型方法

2.3.1迈特罗波利恩(Metropolis)蒙特卡罗方法

2.3.2自旋蒙特卡罗模型

2.3.3空间晶格模型

2.4本文的模拟方法

2.4.1 单元简介

2.4.2系统能量及无量纲处理

2.4.3假设条件和方法的实施

2.4.4边界条件

2.5静态模拟检验

2.5.1 静态一(位错始终处于静止状态)

2.5.2静态二(无溶质原子)

2.5.3 圆形网格对模拟的检验

2.6本章小结

第三章动态模拟

3.1 小应力下模拟结果

3.2大应力下模拟结果

3.3 中应力下模拟结果

3.4网格大小对模拟的影响

3.5本章小结

第四章溶质浓度和体积膨胀对模拟结果的影响

4.1 溶质浓度对模拟结果的影响

4.1.1溶质浓度对位错运动速度的影响

4.1.2溶质浓度对位错临界脱钉应力的影响

4.2体积膨胀对模拟结果的影响

4.2.1体积膨胀对位错运动速度的影响

4.2.2体积膨胀对位错临界脱钉应力的影响

4.3本章小结

第五章 溶-溶交互作用对位-溶交互作用的影响

5.1 溶质原子间的弹性交互作用

5.2模拟结果与讨论

5.2.1 溶质原子在自由状态下的扩散情况

5.2.2溶-溶交互作用对静态溶质原子分布的影响

5.2.3溶-溶交互作用对动态位错运动的影响

5.3本章小结

第六章总结和展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文