纯Mo〈110〉对称倾侧晶界的分子静力学模拟研究

Mo的固有脆性是限制Mo及Mo基合金作为包壳材料应用的关键性问题,其脆性的一个重要来源是Mo本身强度较低的晶界。为系统理解纯Mo的晶界结构,本文采用分子静力学方法,对32个〈110〉对称倾侧晶界的晶界能及空位形成能进行研究,并讨论空位在晶界上的形成规律。计算结果表明,晶界区域相较于完美晶体更易形成空位,且晶界上空位形成能与晶界能密切相关,越稳定的晶界越不易形成空位。空位在不同晶界结构上的形成规律有显著差异,在倾侧角小于等于58.992°的晶界结构中,空位易在C结构单元内形成;对于倾侧角介于58.992°与144.364°之间的晶界结构,空位易在“屋顶”结构中形成;对于倾侧角大于144.364°的晶界结构,空位易在Z型结构中形成。此外,通过4种势函数对32个晶界结构进行计算的结果表明,在晶界能与空位形成能方面,4种势函数无显著差异,但通过光谱近邻分析势计算得到的一部分晶界结构具有更高的不对称度。

α-Fe<110>倾侧晶界单轴拉伸下位错演变的分子动力学模拟

采用分子动力学方法通过建立单轴拉伸条件下α-Fe<110>倾侧晶界模型,研究α-Fe<110>倾侧晶界及空洞周围位错发射、增殖演变过程.结果表明:α-Fe在塑性变形阶段与解理断裂微裂纹形核时会发射1/2<111>全位错并随着拉伸加载而呈指数型增殖,且内部位错相遇扩展分解得到<100>或<110>不全位错;此外,纳米空洞的存在提前了基体内部位错产生的时间,加快了位错密度的增长,但并不影响位错的增殖速度.

Cr/W合金元素在α-Fe晶界上偏析热力学行为研究

低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是聚变堆的候选结构材料,溶质元素在晶界上的偏析行为会引起材料晶界强化或弱化(脆化),因此研究溶质元素的晶界偏析行为对RAFM钢的研发和性能预测具有重要意义。本文采用分子动力学方法和Metropolis蒙特卡罗方法,研究了300~800 K下不同模拟合金(FeW、FeCrW)中Cr/W元素在晶界上的偏析行为,讨论了空位、温度对合金元素在晶界偏析的热力学影响以及W和Cr元素在晶界偏析上的耦合作用。计算结果表明:在FeW模型合金中,W元素会在晶界附近出现明显的富集现象;在FeCrW模型合金中,未观察到W元素在晶界处富集,Cr元素会在大部分晶界处富集。因此,Cr元素会抑制W在晶界处富集,主要原因是Cr与W之间的排斥作用。此外,研究表明,空位对Cr和W在晶界上的偏析行为无明显影响,而随着温度的升高,溶质元素在晶界上的偏析程度逐渐减弱。

含空洞双晶α-Fe中He团簇的分子动力学研究

本文利用分子动力学方法和Gao等最近发现的Fe-He势函数研究了α-Fe倾侧晶界在300K下弛豫与单轴拉伸下He团簇的演变过程及材料内部空洞缺陷对He团簇的影响,并分析对比了拉伸过程中晶界的应力-应变曲线。结果显示:对比两种空洞位置,在弛豫过程中He原子更易在晶界面上的空洞中聚集发生He团簇;在拉伸加载阶段,晶界面空洞与晶界面相交处和基体内部空洞与晶界相切位置易产生微裂纹,成为断裂初始点。对比应力-应变曲线可知,其基体内部含有空洞时的双晶模型断裂应力及断裂应变最小。