晶界位错运动与位错反应过程的晶体相场模拟

采用晶体相场模型模拟了小角度对称倾转晶界结构及其在外加应力作用下的晶界演化消失过程,从位错的运动形式和体系自由能的变化,分析晶界的消失过程和位错的反应机理,并计算了位错分解的激活能.研究表明,具有二维三角晶格原于点阵结构形成的小角度对称倾转晶界是由配对的双位错按直线规则排列构成,可以看成由2套位错Burgers矢量组成.晶界的消失演化过程主要分为6个特征阶段,包括如下几方面的特征过程:首先晶界位错攀移,然后发生位错分解,晶界发射位错,位错由攀移运动转化为作滑移运动;接着滑移位错穿过晶粒内部,直到对面晶界上湮没,即被品界吸收与合并:剩余的晶界位错继续作攀移运动,然后又出现位错分解,晶界再次发射位错,使得位错转为作滑移运动,与其它作滑移运动的位错在晶内相遇湮没消失.最后,所有晶界和位错全部消失,双晶结构变成为完整的单晶结构.应用三角晶系的点阵位错的2套基本Burgers矢量的组合,可以有效地表示位错的发射、分解、合并、吸收、湮没的反应过程,并能够揭示出这些反应过程的新Burgers矢量的产生和原有的Burgers矢量的消失,以及Burgers矢量方向发生变化的机理.     

晶界位错发射与湮没过程的晶体相场模拟

采用晶体相场模型模拟位向差为7.70°的对称倾侧晶界位错在外加应力作用下的运动形式和演化过程;计算位错分离的激活能,并从能量变化角度分析位错运动过程中发生的分解、湮没和合并机制;分析该对称倾侧晶界在外力作用下晶界湮没过程不同特征阶段的差异。结果表明,晶界的湮没存在不同的特征阶段,主要阶段如下：位错的攀移,位错的分解与滑移,位错湮没;位错的再攀移与位错再分解、再湮没,或者出现了若干短暂的新阶段,如滑移位错与晶界上其他位错发生合并而被晶界吸收,或者滑移位错与另一滑移位错在晶内发生合并形成新位错组,或者滑移位错与另一滑移位错发生湮没消失。晶界上全位错的分解实质是产生了一对新的符号相反的柏氏矢量;分位错在晶界上的湮没或合并实质是分位错与晶界上的全位错形成的一对符号相反的柏氏矢量发生抵消;分位错与分位错在晶粒内部的湮没消失,其实质是2个分位错之间的2对符号完全相反的位错柏氏矢量相互抵消。     

面心立方晶体的循环形变及其位错反应模型 Ⅱ 循环形变的位错反应模型

运用位错之间的交互作用理论,对各种轴向Cu晶体的循环形变行为进行了分析和比较,确认晶体循环形变的应力-应变响应以及形成的位错组态是由各滑移系统的位错反应的模式和强度决定的,根据晶体轴向在标准取向三角形中的位置,可以推断其循环形变行为.     

工业纯钛位错界面的高速形变响应

以工业纯钛为密排六方金属的模型材料。通过多道次冷轧工艺制备具有不同位错界面类型的工业纯钛板材。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实现高速形变,采用透射电子显微分析技术观察位错界面结构的变化,从而分析出不同类型位错界面的高速形变响应。结果表明:在应变速率为1000 s~(-1)时,初始位错界面成为高速形变过程中位错滑移的主要障碍。几何必须位错界面间距为0.5μm的板材冲击后会出现与原始界面交截的新生位错界面,初始几何必须位错界面(GNB)间距为0.3μm以下的工业纯钛在高速形变后会出现位错团结构;初始位错界面在0.1μm或以下,局部剪切的组织模式只是初始位错界面的扭折和位错塞积,在高度局域化的组织中,基体扭折位错界面并未产生,但有位错塞积和亚晶结构。     

Frank-Read位错源的细观级模拟

为了在细观尺度上更好地模拟Frank-Read(FR)位错源的演化,本文改进了三维(3D)离散位错动力学模型中相邻位错段间作用力计箅方法和位错线的离散化方法.模拟结果表明,所改进的位错动力学模型能更准确地模拟不同初始长度的FR位错源的临界剪切应力和临界组态.并且加载应力越大,FR位错源形成的位错环越小,并逐渐接近不考虑位错段间相互作用力时所形成的位错环.在相同加载应力时,Peierls应力越大,形成的位错环也越大.阻尼系数只影响位错环形成的时间,而不影响形成的大小.位错的这种非线性演化方式,是位错段间存在相互作用力引起的.     

基于非局部位错密度晶体塑性有限元模型的金属晶体薄膜微弯曲变形特点

采用考虑非均匀微观结构的非局部位错密度晶体塑性有限元模型,研究金属晶体薄膜材料微弯曲塑性变形的特点。该模型采用统计存储位错密度和几何必需位错密度作为其内部状态变量,通过几何必须位错密度的演化来预测单晶体金属薄膜材料微弯曲中的应变梯度效应。采用不同晶粒大小的CuZn37a一黄铜多晶体薄膜进行微弯曲实验,并测量试样微弯曲变形后的微硬度分布图。将模拟得到的位错密度分布与实验测得的微硬度分布进行对比,发现粗晶试样和细晶试样微硬度分布的不同主要是由统计存储位错密度和几何必须位错密度引起的。基于微观物理机理,研究微弯曲变形的特点和位错密度的演化。     

双模晶体相场研究六方四方相变过程晶界和位错演化

对于晶粒,晶界,应力和位错的交互作用的深入理解有助于优化材料组织和提升材料性能。本文采用双模晶体相场法研究六方相向正方相的转变。分别针对倾侧角为0°,15°,30°,和 45°,晶粒取向差为6°的六方相体系做了系统研究。六方晶粒长大、溶合、并形成共格晶界,位错组沿六方晶界均匀分布,并有两种取向。正方相在位错组处形核,并且其取向取决于位错组取向。每一种倾侧角的体系种均形成两个取向正方相的变体。针对倾侧角为0 °,15°,30°,和 45°的六方相体系生成的四方相相变体之间的取向差分别为30°, 30°, 10°, 和5°。不同取向的正方相晶粒长大熟化的方式有差异,位于有利取向的晶粒将会优先生长占据主导地位。以共格晶界形式长大的晶粒,晶界处有位错组生成以松弛晶粒长大的应力集中。     

摇摆晶体法研究六角密堆单晶体中的位错结构

单晶体在其生长过程中可引入大量位错而导致晶体点阵的弯曲和畸变。利用考虑了运动学衍射理论的Ｋｎｉｖｏｇｌａｚ模型进行理论计算。选择具有良好光学性能并可做为Ｘ射线单色器的铍单晶做为样品,研究其摇摆曲线,不同滑移系统的基面位错、柱面位错影响不同的反射,研究相应反射的摇摆曲线可测定晶体内的位错结构,这对发展晶体单色晶具有重要作用,可通过控制生长条件、热处理条件得到所需要的简单位错结构。     

体心立方Fe中微裂纹与间隙型位错环相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,在原子尺度详细研究了bcc结构Fe中间隙型位错环与微裂纹之间的相互作用过程.模拟结果表明,二者之间的相对距离、裂纹开裂斜率、位错环尺寸以及是否存在自由表面,都对二者的相互作用过程及最终形成的微观结构具有重要的影响.在不同条件下,辐照形成的间隙型位错环与微裂纹的相互作用会形成复杂的辐照缺陷结构、位错环...     

Study on dislocation multiplication in the head of Germanium single crystal

The high strength, radiation hardness and cost-effectiveness make Germanium the substrate of choice for high-efficiency multi-junction solar cells for space applications.Numerical modeling and large-scale simulation are important and indispensable tools in the analysis and development of crystal growth process.In this study, germanium single crystals with low dislocation density were produced by Czochralski method by applying the necking technique.Chemical etching pits method was used to measure the dislocation density, and a professional modeling software CrysVUn was used to obtain the thermal-stress distribution.The results show that the thermal-stress of the sample with diameter of 15 mm is nearly equal to that of other samples, so the thermal-stress does not influence the dislocation multiplication.Based on the result, the dislocation density must be strangely increased caused by gravity.     

Fe中刃型位错扭折处掺S的电子结构

用基于密度泛函理论的自洽离散变分方法研究了bcc Fe中[100](010)刃型位错扭折处掺S的电子结构,计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度.计算结果表明:S引入体系后,电荷发生了重新分布,S原子得到电子,其周围Fe原子失去电子,且S原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化,使得它们之间的成键有较强的方向性,可影响材料的韧性;而近邻Fe原子因失去电子使自身之间相互作用比未掺杂时减弱,有利于扭折的迁移,可能影响材料的强度.     

V-Ti-Cr-Fe合金的储氢性能研究

研究了V（30％）-Ti（15％～55％）-Cr（7％～43％）-Fe（2％～18％）（原子分数,下同）四元合金的储氢性能。结果表明：V-Ti-Cr-Fe四元合金的吸氢量与有效吸氢量主要由Ti／（Cr＋Fe）比决定,当Ti／（Cr＋Fe）=1时,合金具有最好的吸放氢性能。随着Ti／（Cr＋Fe）比升高,合金的晶格常数增大,氢化物的生成焓增大,放氢平台压力降低。在298K时,V30Ti35Cr25Fe10合金的吸氢量达到3．6％（质量分数,下同）,有效吸氢量达到2．0％。     

Scale dependence of dislocation patterns

Dislocation patterns result in the scale dependence in the plastic deformation of polycrystalline metals. The present work explores this issue from two aspects: (1) a configuration entropy model for two-level dislocation arrangements; and (2) a dislocation network model incorporating a cell size.     

边界条件对离散位错动力学模拟疲劳Cu单晶位错花样的影响

利用二维离散位错动力学方法,研究了边界条件对计算机模拟疲劳Cu单晶位错花样的影响．结果表明：边界条件在模拟位错花样这类多体问题时是非常重要的;在其它模拟机制均完全相同的情况下,不同边界条件会形成不同的模拟结果,自由空间边界条件是最简单、也是最不现实的边界条件,模拟结果与实验结果相差甚远;而一维最近邻周期性边界条件与二维近邻周期性边界条件的模拟结果基本相同,与Cu单晶早期疲劳位错花样的实验比较吻合．     

Cu单晶中疲劳早期位错花样演化的观察与模拟

采用离散的位错动力学方法。用计算机模拟循环形变单滑移取向Ｃｕ单晶中疲劳早期位错花样的形成和演化过程,并利用扫描电镜电子通道衬度（ＳＥＭ－ＥＣＣ）技术对其进行了观察。计算机模拟结果与实验观察较好地吻合,提出了在循环形变早其位错脉络的形成和演化是从同号的基体位错墙开始的,基体偶极子位错墙是两个异号基体位错墙合并的结果,在偶极子位错墙破碎并演化为基体脉络的过程中螺型位错段起到了重要作用等观点。     

过冷熔体中球晶组织的形成规律

研究LSPSF工艺条件下Al-20%(质量分数)Cu合金的初生α(Al)的形貌演变,结合微观组织模拟技术和M-S界面形态稳定性理论,分析过冷熔体中球晶组织快速形成的基本规律。结果表明：合金熔体中自由晶数目和浆料冷却速度共同决定初生固相的尺寸和形态;最早(凝固发生3 s内)观察到的初生α(Al)呈细小球形,并在整个演变过程中始终保持球形不变,没有枝晶组织出现;晶粒周围溶质扩散层的叠加可明显降低固−液界面前沿的浓度梯度,提高固−液界面的稳定性;均匀化晶粒周围溶质分布,抑制晶粒的择优生长,促进初生α(Al)保持球形;由溶质扩散层的叠加和界面能引起的抑制和粗化效应可促使失稳的等轴晶粗化成球晶。