空位与P原子对铁Σ3(111)晶界拉伸和剪切变形行为的影响

采用分子动力学方法建立了含0.5%、1%和1.5%P原子或空位的铁Σ3(111)晶界的原子结构模型,并对其拉伸和剪切变形行为进行了计算分析。结果表明,在相同条件下,不同空位和P原子含量(0.5%、1%和1.5%)的Σ3(111)晶界力学行为基本一致,力学性能略有差异。含1%空位的Σ3(111)晶界与无缺陷Σ3(111)晶界的拉伸应力-应变曲线基本一致。空位的存在使Σ3(111)晶界的剪切强度降低,在同一温度下,含1%空位Σ3(111)晶界的剪切强度均低于无缺陷Σ3 (111)晶界,含1%P原子的Σ3(111)晶界的抗拉强度远低于无缺陷和含1%空位的Σ3(111)晶界。在相同温度及相同P原子或空位含量时,P原子与空位初始间距(<14.18■)对Σ3(111)晶界的抗拉强度和伸长率具有一定的影响,但影响不大。在同一温度下,初始间距为2.03、6.08和10.13■的Σ3(111)晶界的剪切强度依次降低。P原子与空位的初始间距增大到14.18■时,空位对Σ3(111)晶界的影响弱化,P原子对Σ3(111)晶界的影响增大,使晶界剪切强度升高。

溶质元素晶界偏聚行为的研究现状

主要从溶质元素晶界偏聚对金属材料性能的影响及影响元素晶界偏聚的因素两个方面,对近十年来关于溶质元素晶界偏聚的研究进行了介绍和总结,并对今后晶界偏聚行为的研究方向与趋势进行了展望,以期对溶质元素晶界偏聚的理论研究与实际应用提供参考。

晶界V偏聚铁纳米多晶力学性能的分子动力学研究

采用具有50个(平均晶粒直径Φ5.4 nm)、100个(平均晶粒直径Φ4.2 nm)和200个(平均晶粒直径Φ3 nm)晶粒的Fe多晶体模型,运用分子动力学方法计算分析了晶界V偏聚对不同平均晶粒直径Fe多晶体变形行为的影响。模型选取的V元素的偏聚量分别占Fe多晶体晶界上Fe原子数的1%、5%和10%,模拟计算了温度、平均晶粒直径与晶界V偏聚量对Fe多晶体模型拉伸与剪切行为的影响。结果表明,当晶界中不含有偏聚元素V时,Fe多晶体的抗拉强度和抗剪强度随着温度的升高明显降低。在低温(10 K)与常温(300 K)条件下,当Fe多晶体的平均晶粒直径分别为Φ5.4 nm时,晶界上V偏聚量的改变对Fe多晶体的抗拉强度与抗剪强度的影响较小。当Fe多晶体的平均晶粒直径分别为Φ4.2和Φ3 nm时,在晶界上加入5%的V元素可以明显提高抗拉强度,随着晶界上V偏聚量增加到10%时,Fe多晶体的抗拉强度下降。在低温(10 K)条件下,晶界V元素偏聚量为5%时,平均晶粒直径为Φ4.2与Φ3 nm的Fe多晶体抗拉强度明显大于平均晶粒直径为Φ5.4 nm的Fe多晶体,当晶界V元素偏聚量增加到10%时,不同平均晶粒直径的Fe多晶体的抗拉强度趋于一致。当晶界中含有V元素且V偏聚量为5%时,在低温(10 K)条件下,晶界元素V对平均晶粒直径为Φ4.2和Φ3 nm的Fe多晶体的抗剪强度有明显的弱化作用,在常温(300 K)条件下,晶界元素V对平均晶粒直径为Φ4.2和Φ3 nm的Fe多晶体的抗剪强度有明显的强化作用。