界面旋转角对双晶镁力学性质影响的分子动力学模拟

王琛; 宋海洋; 安敏荣

doi:10.7498/aps.63.046201

摘要

采用分子动力学模拟方法，研究了在拉伸载荷下晶界对双晶镁变形机制的影响，对不同旋转角度的模型以及对称与非对称结构的模型进行了研究. 模拟结果表明: 应变加载方向与晶向所成角度对双晶镁塑形变形阶段的流动应力能够产生明显的影响；对称结构的双晶镁模型的塑性性质明显优于非对称结构模型. 研究结果还发现，由于晶界区域不同的位错成核及发射等运动，大角度双晶模型的塑性响应明显优于对应小角度模型的塑性响应.

关键词:

The effects of grain boundary on the deformation behavior of magnesium bicrystals under tensile loading are investigated using molecular dynamics simulation method. Deformation mechanisms of both asymmetric and symmetric magnesium bicrystals are studied. The results show that the twist angle could exert a significant influence on the flow stress in the plastic stage. It is found that the plastic property of symmetric magnesium bicrystal is much better than that of asymmetric counterpart. In addition, for bicrystalline metal with large twist angle, its plastic response is better than that with small angle, owing to the dislocation nucleation activity in the grain boundary region.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西安邮电大学理学院, 西安 710121

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：10902083）、教育部新世纪优秀人才支持计划（批准号：NCET-12-1046）和陕西省青年科技新星支持计划（批准号：2012KJXX-39）资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Science, Xi'an University of Posts and Telecommunications, Xi'an 710121, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10902083), the Program for New Century Excellent Talents in University, China (Grant No. NCET-12-1046), and the New Scientific and Technological Star of Shaanxi Province, China (Grant No. 2012KJXX-39).

参考文献

[1]	An M R, Song H Y, Su J F 2012 Chin. Phys. B 21 106202
[2]	Ji Q G, Du Y W 2000 Acta Phys. Sin. 49 2281 (in Chinese) [计齐根, 都有为 2000 49 2281]
[3]	Xie H X, Liu B, Yin F X, Yu T 2013 Chin. Phys. B 22 010204
[4]	He Y G, Lu A X, Wan Q, Zhou Y M 2009 Chin. Phys. B 18 3966
[5]	Wang R Z, Xu L C, Yan H, Kohyama M 2012 Acta Phys. Sin. 61 026801 (in Chinese) [王如志, 徐利春, 严辉, 香山正宪 2012 61 026801]
[6]	Zhao X C, Liu X M, Gao Y, Zhuang Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 6362 (in Chinese) [赵雪川, 刘小明, 高原, 庄茁 2010 59 6362]
[7]	Liu X M, You X C, Liu Z L, Nie J F, Zhuang Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1849 (in Chinese) [刘小明, 由小川, 柳占立, 聂君峰, 庄茁 2009 58 1849]
[8]	Song H Y, Li Y L 2012 Acta Phys. Sin. 61 226201 (in Chinese) [宋海洋, 李玉龙 2012 61 226201]
[9]	Pelaez S, Mochales P G, Serena P A 2012 Comput. Mater. Sci. 58 1
[10]	Song H Y, Li Y L 2012 J. Appl. Phys. 112 054322
[11]	Song H Y, Li Y L 2012 J. Appl. Phys. 111 044322
[12]	Wen Y H, Wang Q, Liew K M, Zhu Z Z 2010 Phys. Lett. A 374 2949
[13]	Deng C, Sansoz F 2009 Acs. Nano. 10 3001
[14]	Swygenhoven H V 2002 Science 296 66
[15]	Lu L, Chen X, Huang X, Lu K 2009 Science 323 607
[16]	Kedarnath K, Rauf G M, Dimitrios M 2009 J. Appl. Phys. 105 093515
[17]	Schiotz J, Jacobsen K W 2003 Science 301 1357
[18]	Zheng Y G, Zhang H W, Chen Z, Lu C, Mai Y W 2009 Phys. Lett. A 373 570
[19]	Zheng Y G, Zhang H W, Chen Z, Wang L, Zhang Z Q, Wang J B 2008 Appl. Phys. Lett. 92 041913
[20]	Wu Z X, Zhang Y Z, Srolovitz D J 2011 Acta Mater. 59 6890
[21]	Cao A J, Wei Y G 2007 J. Appl. Phys. 102 083511
[22]	Song H Y, Li Y L 2012 Phys. Lett. A 376 529
[23]	Li B, Ma E 2009 Acta Mater. 57 1734
[24]	Kim D H, Manuel M V, Ebrahimi F, Tulenko J S, Phillpot S P 2010 Acta Mater. 58 6217
[25]	Kim D H, Ebrahimi F, Manuel M V, Tulenko J S, Phillpot S 2011 Mater. Sci. Eng. A 528 5411
[26]	Li B, Ma E 2009 Phys. Rev. Lett. 103 035503
[27]	Liu X Y, Adams J B, Ercolessi F, Moriarty J A 1996 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 4 293
[28]	Melchionna S, Cicotti G, Holian B L 1993 Mol. Phys. 78 533
[29]	Melchionna S 2000 Phys. Rev. E 61 6165
[30]	Stukowski A 2010 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18 015012
[31]	Faken D, Jonsson H 1994 Compos. Mater. Sci. 2 279
[32]	Milstein F, Rasky D 1982 Philiosophic Magazine A 45 49
[33]	Takuya U, Wakabayashi N, Hirabayashi Y, Ohno N 2008 Int. J. Mech. Sci. 50 956
[34]	Qi H G, Guo Y F 2008 Chin. J. Comput. Mech. 25 72 (in Chinese) [亓宏刚, 郭雅芳 2008 计算力学学报 25 72]

施引文献

[1]	An M R, Song H Y, Su J F 2012 Chin. Phys. B 21 106202
[2]	Ji Q G, Du Y W 2000 Acta Phys. Sin. 49 2281 (in Chinese) [计齐根, 都有为 2000 49 2281]
[3]	Xie H X, Liu B, Yin F X, Yu T 2013 Chin. Phys. B 22 010204
[4]	He Y G, Lu A X, Wan Q, Zhou Y M 2009 Chin. Phys. B 18 3966
[5]	Wang R Z, Xu L C, Yan H, Kohyama M 2012 Acta Phys. Sin. 61 026801 (in Chinese) [王如志, 徐利春, 严辉, 香山正宪 2012 61 026801]
[6]	Zhao X C, Liu X M, Gao Y, Zhuang Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 6362 (in Chinese) [赵雪川, 刘小明, 高原, 庄茁 2010 59 6362]
[7]	Liu X M, You X C, Liu Z L, Nie J F, Zhuang Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1849 (in Chinese) [刘小明, 由小川, 柳占立, 聂君峰, 庄茁 2009 58 1849]
[8]	Song H Y, Li Y L 2012 Acta Phys. Sin. 61 226201 (in Chinese) [宋海洋, 李玉龙 2012 61 226201]
[9]	Pelaez S, Mochales P G, Serena P A 2012 Comput. Mater. Sci. 58 1
[10]	Song H Y, Li Y L 2012 J. Appl. Phys. 112 054322
[11]	Song H Y, Li Y L 2012 J. Appl. Phys. 111 044322
[12]	Wen Y H, Wang Q, Liew K M, Zhu Z Z 2010 Phys. Lett. A 374 2949
[13]	Deng C, Sansoz F 2009 Acs. Nano. 10 3001
[14]	Swygenhoven H V 2002 Science 296 66
[15]	Lu L, Chen X, Huang X, Lu K 2009 Science 323 607
[16]	Kedarnath K, Rauf G M, Dimitrios M 2009 J. Appl. Phys. 105 093515
[17]	Schiotz J, Jacobsen K W 2003 Science 301 1357
[18]	Zheng Y G, Zhang H W, Chen Z, Lu C, Mai Y W 2009 Phys. Lett. A 373 570
[19]	Zheng Y G, Zhang H W, Chen Z, Wang L, Zhang Z Q, Wang J B 2008 Appl. Phys. Lett. 92 041913
[20]	Wu Z X, Zhang Y Z, Srolovitz D J 2011 Acta Mater. 59 6890
[21]	Cao A J, Wei Y G 2007 J. Appl. Phys. 102 083511
[22]	Song H Y, Li Y L 2012 Phys. Lett. A 376 529
[23]	Li B, Ma E 2009 Acta Mater. 57 1734
[24]	Kim D H, Manuel M V, Ebrahimi F, Tulenko J S, Phillpot S P 2010 Acta Mater. 58 6217
[25]	Kim D H, Ebrahimi F, Manuel M V, Tulenko J S, Phillpot S 2011 Mater. Sci. Eng. A 528 5411
[26]	Li B, Ma E 2009 Phys. Rev. Lett. 103 035503
[27]	Liu X Y, Adams J B, Ercolessi F, Moriarty J A 1996 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 4 293
[28]	Melchionna S, Cicotti G, Holian B L 1993 Mol. Phys. 78 533
[29]	Melchionna S 2000 Phys. Rev. E 61 6165
[30]	Stukowski A 2010 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18 015012
[31]	Faken D, Jonsson H 1994 Compos. Mater. Sci. 2 279
[32]	Milstein F, Rasky D 1982 Philiosophic Magazine A 45 49
[33]	Takuya U, Wakabayashi N, Hirabayashi Y, Ohno N 2008 Int. J. Mech. Sci. 50 956
[34]	Qi H G, Guo Y F 2008 Chin. J. Comput. Mech. 25 72 (in Chinese) [亓宏刚, 郭雅芳 2008 计算力学学报 25 72]

[1]	张博佳, 安敏荣, 胡腾, 韩腊. 镁中位错和非晶作用机制的分子动力学模拟. , 2022, 71(14): 143101. doi: 10.7498/aps.71.20212318
[2]	明知非, 宋海洋, 安敏荣. 基于分子动力学模拟的石墨烯镁基复合材料力学行为. , 2022, 71(8): 086201. doi: 10.7498/aps.71.20211753
[3]	陈晶晶, 邱小林, 李柯, 周丹, 袁军军. 纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金力学性能的原子尺度分析. , 2022, 71(19): 199601. doi: 10.7498/aps.71.20220733
[4]	申天展, 宋海洋, 安敏荣. 孪晶界对Cr₂₆Mn₂₀Fe₂₀Co₂₀Ni₁₄高熵合金力学行为影响的分子动力学模拟. , 2021, 70(18): 186201. doi: 10.7498/aps.70.20210324
[5]	辛勇, 包宏伟, 孙志鹏, 张吉斌, 刘仕超, 郭子萱, 王浩煜, 马飞, 李垣明. U_1–_xTh_xO₂混合燃料力学性能的分子动力学模拟. , 2021, 70(12): 122801. doi: 10.7498/aps.70.20202239
[6]	周良付, 张婧, 何文豪, 王栋, 苏雪, 杨冬燕, 李玉红. 氦泡在bcc钨中晶界处成核长大的分子动力学模拟. , 2020, 69(4): 046103. doi: 10.7498/aps.69.20191069
[7]	李兴欣, 李四平. 退火温度调控多层折叠石墨烯力学性能的分子动力学模拟. , 2020, 69(19): 196102. doi: 10.7498/aps.69.20200836
[8]	邵宇飞, 孟凡顺, 李久会, 赵星. 分子动力学模拟研究孪晶界对单层二硫化钼拉伸行为的影响. , 2019, 68(21): 216201. doi: 10.7498/aps.68.20182125
[9]	易军. 非晶纤维的制备和力学行为. , 2017, 66(17): 178102. doi: 10.7498/aps.66.178102
[10]	樊倩, 徐建刚, 宋海洋, 张云光. 层厚度和应变率对铜-金复合纳米线力学性能影响的模拟研究. , 2015, 64(1): 016201. doi: 10.7498/aps.64.016201
[11]	马冰洋, 张安明, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬. 共溅射Al-Zr合金薄膜的非晶化及其力学性能. , 2014, 63(13): 136801. doi: 10.7498/aps.63.136801
[12]	陈青, 孙民华. 分子动力学模拟尺寸对纳米Cu颗粒等温晶化过程的影响. , 2013, 62(3): 036101. doi: 10.7498/aps.62.036101
[13]	苏锦芳, 宋海洋, 安敏荣. 金纳米管力学性能的分子动力学模拟. , 2013, 62(6): 063103. doi: 10.7498/aps.62.063103
[14]	王颖, 卢铁城, 王跃忠, 岳顺利, 齐建起, 潘磊. 虚晶近似法研究AlN-Al2O3固溶体系的力学性能和电子结构. , 2012, 61(16): 167101. doi: 10.7498/aps.61.167101
[15]	王晓中, 林理彬, 何捷, 陈军. 第一性原理方法研究He掺杂Al晶界力学性质. , 2011, 60(7): 077104. doi: 10.7498/aps.60.077104
[16]	马文, 祝文军, 陈开果, 经福谦. 晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究. , 2011, 60(1): 016107. doi: 10.7498/aps.60.016107
[17]	赵九洲, 刘俊, 赵毅, 胡壮麒. 压力对非晶铜形成影响的分子动力学模拟. , 2007, 56(1): 443-445. doi: 10.7498/aps.56.443
[18]	翟秋亚, 杨扬, 徐锦锋, 郭学锋. 快速凝固Cu-Sn亚包晶合金的电阻率及力学性能. , 2007, 56(10): 6118-6123. doi: 10.7498/aps.56.6118
[19]	张林, 王绍青, 叶恒强. 大角度Cu晶界在升温、急冷条件下晶界结构的分子动力学研究. , 2004, 53(8): 2497-2502. doi: 10.7498/aps.53.2497
[20]	文玉华, 朱弢, 曹立霞, 王崇愚. 镍基单晶超合金Ni/Ni3Al晶界的分子动力学模拟. , 2003, 52(10): 2520-2524. doi: 10.7498/aps.52.2520

计量

文章访问数: 6497
PDF下载量: 495
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板