納米多晶鋁及其復合材料微觀變形機理的研究.pdf

1、顆粒增強金屬基復合材料具有優(yōu)異的性能，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。但是在實際生產(chǎn)加工過程中還存在很多問題，例如復合材料的強度或延展性達不到要求等，這就需要對金屬基復合材料的性能有進一步認識。當前通過分子動力學方法對納米金屬及其復合材料的研究已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注，在原子層面對納米金屬及其復合材料拉伸過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化進行分析，可以更清楚的了解納米金屬及其復合材料的力學性能以及變形機制。本文應(yīng)用分子動力學方法分別對金屬多晶Al和β-SiC/Al復

2、合材料進行拉伸行為的模擬，重點研究多晶Al和β-SiC/Al復合材料的力學性能和微觀變形機制。
　　通過Voronoi方法建立了不同晶粒尺寸的多晶Al塊體模型，在此基礎(chǔ)上對其進行拉伸模擬。弛豫后晶界處原子數(shù)比率會增加，并且隨著晶粒尺寸的減小，晶界處原子含量增加。多晶Al塊體截面的原子能量分布呈盆地狀，晶界處原子能量比內(nèi)部晶粒的要高。重點討論了不同晶粒尺寸對多晶Al塊體拉伸變形的影響，結(jié)合拉伸過程的能量變化情況分析了其變形機制。結(jié)果

3、表明:隨著晶粒尺寸的減小，多晶Al塊體的屈服強度減小，遵循反Hall-Petch關(guān)系。晶粒尺寸較大的多晶Al塊體拉伸過程有位錯原子產(chǎn)生，形成交叉位錯，位錯擴展到晶界，被晶界阻礙運動，對材料起到強化作用，同時有晶界滑移和晶粒旋轉(zhuǎn)的發(fā)生;晶粒尺寸較小的多晶Al塊體拉伸過程主要是晶界處產(chǎn)生大量缺陷原子，裂紋會在大量缺陷原子處產(chǎn)生。此外，溫度的增加、應(yīng)變率的下降均使多晶Al塊體的屈服強度下降。
　　建立了體積含量相同、SiC顆粒尺寸不同的

4、多種β-SiC/Al復合材料模型，并開展拉伸模擬。通過統(tǒng)計復合材料弛豫后晶界原子數(shù)比率得知，SiC顆粒尺寸越小，晶界原子數(shù)含量越多。重點討論了該復合材料力學性質(zhì)的增強效果，并結(jié)合拉伸過程的能量曲線變化分析了材料的變形機制。結(jié)果表明:隨著SiC顆粒尺寸的減小，復合材料的屈服強度減小;β-SiC/Al復合材料的屈服強度和彈性模量與多晶Al比較均有所提高。β-SiC/Al復合材料在拉伸變形過程中，首先是基體Al在晶界處產(chǎn)生位錯原子，并發(fā)生擴展