应变诱发四方相小角度对称倾侧晶界位错反应的晶体相场模拟

采用晶体相场法研究了外加应变作用下,不同取向差的四方相对称倾侧小角度晶界的位错运动与反应及反应过程中的位错组态,通过采用几何相位法对位错周围应变场进行了表征.结果表明,凝固弛豫达到稳态后,晶界两侧位错平行且方向相反,随晶界两侧晶粒取向差增大,位错数目增加,距离减小,且体系自由能增加.在外加应变作用下,晶界位错经历攀移、发射、反应湮灭等阶段,体系自由能呈现波动.当取向差增大时,位错运动方式由攀移向攀滑移转变,产生更多类型的位错组构型,并发生相应的位错与位错组之间的反应.对于不同构型的位错反应,正切应变驱动位错靠近,负切应变驱动位错湮灭.     

取向角对小角度非对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟

采用晶体相场法模拟纳米尺度下小角度非对称倾斜晶界结构和位错运动,从外应力作用下晶界位错运动位置变化和晶体体系自由能变化角度,分析取向角对小角度非对称倾斜晶界结构和晶界位错运动的影响规律.研究表明,不同取向角下组成小角度非对称倾斜晶界的位错对类型相同.随取向角增大晶界位错对增加,且晶界更易形成n1n2型和n4n5型位错对.外应力作用下,不同取向角晶界位错对初始运动状态均沿晶界进行攀移运动,随体系能量积累,取向角越大出现晶界位错对分解的个数越多,且均为n1n2型和n4n5型位错对发生分解反应.不同取向角下小角度非对称倾斜晶界体系自由能曲线都存在四个阶段,分别对应位错对攀移、位错对滑移及分解、位错对反应抵消形成单晶和体系吸收能量自由能上升过程.进一步对比发现随取向角增大,晶界湮没形成的单晶体系所需时间增加.     

温度对大角度晶界变形过程影响的晶体相场法研究

应用晶体相场法研究大角度晶界在外加应力作用下温度对位错运动的影响。研究表明,大角度晶界在应力作用下会发生形状变化;当变形达到临界应变时,晶界褶皱处产生位错并发射进入晶粒内部;温度较低时,晶界处位错形核所需的临界应变更大。在应力作用下大角度晶界通过改变曲率和位错运动产生迁移,温度较高时有利于晶界迁移。     

纯物质晶界结构及运动的晶体相场法模拟

采用晶体相场模型,分别模拟了纯物质小角度晶界和大角度晶界结构及变形过程中的晶粒转动及晶界迁移.结果表明,小角度晶界迁移的主要机理是构成晶界的位错的滑移和攀移,而大角度晶界的迁移主要依靠晶界两侧原子的跳动及晶界位错等缺陷的运动. 关键词： The phase field crystal model was used to simulate the structure of the small angle and the large angle grain boundary (GB) the grain rotation and the GB migration during deformation. Simulated results show that the dislocation glide and climb are the ma     

非对称倾侧亚晶界的晶体相场法研究

采用晶体相场法研究非对称倾侧亚晶界结构及其在应力作用下的微观运动机制.分别从温度、倾斜度角以及应力施加方向等方面对其结构及迁移过程进行分析和讨论.结果表明,非对称倾侧亚晶界由符号相同的一排刃型位错等距排列,部分出现由两个相互垂直排列的刃型位错构成的位错组;在应力作用下,非对称倾侧亚晶界迁移的微观机制包括位错的滑移和攀移、位错组分解、单个位错与位错组反应、单个位错分解以及位错湮灭;温度降低和倾斜度增大都会阻碍亚晶界的迁移过程;应力方向改变导致位错运动方向改变,从而改变晶界迁移形式.     

晶界内耗研究的新进展

由不同取向差的纯Al双晶的内耗实验观察到,不同类型晶界的弛豫参量有明显差别.用耦合模型对内耗数据的分析表明,小角度晶界内耗的基本机制是位错攀移,而大角度晶界内耗的基本机制是晶界扩散.在此基础上,对多晶中晶界内耗的一些特征也作了解释.     

晶界内耗研究的新进展

由不同取向差的纯Al双晶的内耗实验观察到，不同类型晶界的弛豫参量有明屁差别。用耦合模型对内耗数据的分析表明，小角度晶界内耗的基本机制是位错攀移，而大角度晶界内耗的基本机制是晶界扩散。在此基础上，对多晶中晶界内耗的一些特征也作了解释。     

多晶材料晶粒生长粗化过程的相场方法模拟

基于采用晶体有序化程度参量ψ和晶体学取向θ来表示多晶粒结构的相场模型,利用自适应有限元方法模拟了多晶材料等温过程中的晶粒粗化现象.模拟结果显示,在曲率作用下,通过晶界迁移弯曲晶界逐渐平直化,小晶粒逐渐被大晶粒吞并,当晶界之间的取向差较小时,满足一定能量和几何条件的两晶粒在界面能作用下会发生转动,合并为单个晶粒.模拟结果与实验结果符合较好.因此,该相场模型可以很好地用来模拟固态相变中多晶材料的生长粗化等现象. 关键词： 相场 晶界迁移 晶粒转动 粗化     

不同对称性下晶界结构演化及微观机理的晶体相场法研究

采用晶体相场法研究了单轴拉伸下三角相双晶变形过程及机理, 并重点分析了小角对称与非对称晶界和大角对称与非对称晶界在变形过程中的演化及微观机理, 变形过程中应力方向与初始晶界方向平行. 结果表明, 小角对称晶界由柏氏矢量夹角呈60°的两种刃型位错组成, 变形过程中不同类型的位错运动方向相反, 并各自与另一晶界上同一类型位错相互吸引以致部分位错发生湮没; 小角非对称晶界上的位错类型单一, 在应力作用下先沿水平方向攀移, 后各自分解成柏氏矢量约呈120°的两位错, 并通过位错运动和湮没最终形成理想单晶; 大角晶界在应力的作用下先保持水平状态而后锯齿化并发射位错, 伴随着位错运动和湮没, 最终大角非对称晶界发生分解, 而大角对称晶界则重新平直化, 表明大角对称晶界比大角非对称晶界更稳定, 这与实验和分子动力学模拟结果一致. 关键词： 晶体相场 双晶 晶界 对称性     

高温应变下的晶界湮没机理的晶体相场法研究

应用晶体相场方法研究高温应变下的预熔化晶界位错湮没机理. 结果表明, 原预熔化晶界上的位错在应变作用下发生分离运动, 形成新晶界, 即亚晶界. 该过程的实质是生成了亚晶粒; 亚晶界的迁移过程的本质是亚晶粒长大、吞噬旧晶粒的过程; 亚晶界之间的湮没是亚晶粒完全吞噬旧晶粒过程的结束, 体系转变成为单个晶粒结构. 根据原子密度序参数沿x和y方向的投影值随应变量的变化特征, 可以揭示出高温应变作用下, 预熔化亚晶界相遇湮没的本质是两对极性相反的偶极子位错对发生二次湮没, 该湮没的微观过程是通过位错连续二次滑移湮没而实现的, 其湮没的速率较低温时的湮没速率要小许多.     

晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔-佩奇效应的微观变形机理

采用晶体相场模型模拟获得了平均晶粒尺寸从11.61–31.32 nm的纳米晶组织, 研究了单向拉伸过程纳米晶组织的强化规律的微观变形机理. 模拟结果表明: 晶粒转动、晶界迁移等晶间变形行为是纳米晶材料的主要微观变形方式, 纳米晶尺寸减小, 有利于晶粒转动, 使屈服强度降低, 显示出反霍尔-佩奇效应.当纳米晶较小时, 变形量超过屈服点达到4%, 位错运动开启, 其对变形的直接贡献有限, 主要通过改变晶界结构而影响变形行为, 位错运动破坏三叉晶界, 引发晶界弯曲, 促进晶界迁移. 随纳米晶增大, 晶粒转动困难, 出现晶界锯齿化并发射位错的现象. 关键词： 晶体相场 纳米晶 反霍尔-佩奇效应 微观变形     

用电子显微镜透射方法研究一种镍基合金高温蠕变过程的位错结构

用电子显微镜透射方法研究了一种镍基合金(Ni 80 Cr 20 Ti)在不同蠕变量以后的位错结构。蠕变温度800℃,应力5.5公斤/毫米²。在蠕变第一阶段内,主要观察到均匀分布着的零散位错。它们一般不处在滑移面上。在蠕变第二阶段内,这些位错发生聚集,并且逐渐发展成亚结构边界。所观察到的亚晶粒尺寸在2—5微米之间,由菊池线测出的取向差在20′左右。亚结构边界一般不处在滑移面上。观察结果说明,在高温蠕变的第一和第二阶段,都有位错攀移的作用。     

扩散Nb_3Sn薄膜中晶界的TEM研究

Nb_3Sn层中的晶界是影响临界电流的重要微结构因素.对扩散Nb_3Sn薄膜的TEM研究表明有尺度分别在10~3A与10~2A的两种大小不同的晶粒.很大面积的叠栅条纹证明有与扩散方向大体上正交的大量晶界.其中,取向差20°的大角度扭转晶界给出间距小到15A的极细密叠栅条纹.初步讨论了这种晶界形成的可能原因.     

基于点缺陷扩散理论与离散位错动力学耦合的位错攀移模型研究

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型. 利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度. 该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段. 关键词： 位错攀移 点缺陷扩散理论 位错动力学 棱柱位错环     

冲击波在纳米金属铜中传播的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了冲击波在纳米金属铜中的传播,模拟样品由Voronoi方法得到.结果显示纳米金属铜在冲击加载下呈现多次屈服的现象,并发现冲击波具有多波结构.由于设计样品时选择了晶粒取向,晶界滑移和位错在冲击波波形上被区分开.冲击波波阵面由弹性变形区、晶界滑移主导的塑性变形区和位错主导的塑性变形区组成.样品中弹性波前沿扰动较小,而位错主导的塑性波前沿扰动较大,造成后者的主要原因是波阵面上沿冲击方向不同取向晶粒的不同屈服行为.     

温度对位错滑移运动影响的晶体相场模拟

在原有的晶体相场模型的自由能密度函数基础上,引入外力场与体系原子密度场耦合作用项,能够对样品施加剪切应变作用,实现位错的滑移运动。研究不同温度情况下的位错滑移特性。研究发现,位错的启动,存在一个临界温度,当温度高于临界温度时,外加一定的应变率才能启动位错运动。较低的体系温度有利于刃型位错的滑移。随着体系温度升高,刃型位错水平滑移速度变慢,而垂直方向的攀移运动明显增加。在高温情况下攀移已成为位错运动的主要形式。     

纳米孪晶界对可动位错演化特性与金属Al强化机理探究

位错是金属塑性变形普遍形式,对其可动位错演化特性与规律探寻并充分利用,将在金属强韧化提升中有着潜在基础前瞻性研究价值.本文基于分子动力学法对金属Al塑性变形的可动位错迁演特性展开研究,洞悉纳米压痕诱导的可动位错与孪晶界面间作用规律,揭示出金属强化微观机制,并分析单层孪晶界高度与多层孪晶界层间距对可动位错迁演、位错密度、硬度、黏着效应的影响.研究发现:高速变形下的金属非晶产生和密排六方结构的出现会协同主导Al基塑性变形,而孪晶界会阻碍可动位错滑移、诱导可动位错缠绕及交滑移产生,在金属承载提升中扮演了位错墙和诱导位错胞形成的微观作用.通过在孪晶界形成钉扎位错和限制位错迁移,在受限域形成高密度局域可动位错,显著强化了金属硬度和韧性,降低了卸载时黏附于探针表面的原子数.结果表明:Al基受载会诱导上表面局部非接触区原子失配斑出现;单层孪晶界高度离基底上表面距离减小时,位错缠绕和交滑移作用越明显,抗黏着效应也随之下降;载荷持续增加会诱驱孪晶界成为位错萌生处与发射源,并伴随塑性环的繁衍增殖.     

晶体相场方法模拟纳米晶生长过程

双模的PFC模型能够很好地模拟纳米晶的晶粒长大,可以在二维平面显示出不同晶面类型的晶粒长大过程、不同错配度和晶粒取向的晶界结构,还可以模拟出准共格晶界,观察到晶界处由于错配度不同引起的位错结构。这些模拟得到的结果,对实现人工控制纳米晶晶界结构,指导实验设计具有新型纳米晶界的结构材料具有重要意义。     

三维晶体相场法模拟位错的预熔及熔解

采用三维晶体相场法模拟位错的预熔及熔解，研究位错发生预熔和熔解的微观组织形貌，通过时间平均原子数密度变化曲线确定位错熔解半径。研究表明，位错可以在温度低于熔点时发生预熔，但熔解速度和规模都很小；当温度达到熔点附近时，位错熔解的规模和速度都变得很大。单一位错会从其核心径向圆形向外熔解，位错熔解半径平方的倒数与温度成线性关系。     

多晶薄膜屈服强度的一个模型

从位错运动的应力功和应变能关系导出了附着在基体上并有钝化层薄膜的屈服强度公式.该式表明多晶薄膜的屈服强度由两个影响因子（晶粒取向和位错类型）和三个强化因子（钝化层强化，基体强化和晶粒强化）确定.和已报道的实验结果基本一致表明了该模型的合理性. 关键词： 多晶薄膜 屈服强度