鎢納米單晶體本征力學行為的分子動力學研究.pdf

1、受控核聚變反應以其安全清潔的特性在核能利用領域日益受到重視。由于具有高熔點、低濺射的特點,鎢越來越多地被用于聚變反應堆的結構材料,其強度與韌性成為人們同時關注的兩方面力學性能。本文利用分子動力學模擬手段,研究了鎢納米單晶體的本征力學行為。
　　首先,選用Finnis-Sinclair形式的嵌入式原子勢計算了鎢的晶格常數(shù)和空位形成能以驗證其準確性,計算結果與實驗值相差較小,可以將該勢函數(shù)用于本文的分子動力學模擬。
　　其次,應

2、用分子動力學方法模擬了鎢納米單晶體的拉伸變形過程,并進一步研究了其起始塑性變形的機制以及加載溫度、加載方位與應變速率對拉伸變形行為的影響。結果表明:77K、293K和800K下沿[100]方向拉伸時,鎢納米單晶體的變形均可分為彈性變形、不均勻塑性變形、加工硬化和頸縮斷裂四個階段;中心對稱參數(shù)法和雙面跡線法的分析結果表明293K時鎢單晶體沿[100]方向拉伸的起始塑性變形方式為孿生,孿生參數(shù)為(211)[111]。隨著應變程度增加,出現(xiàn)孿

3、生與滑移相互轉化的變形特點;加載溫度升高時,鎢單晶體的塑性明顯增強。800K時其塑性最好,試樣表面出現(xiàn)了較多的滑移臺階,屈服應力及屈服應變明顯減小,斷裂時應變量最大;改變加載方位,鎢單晶體表現(xiàn)出不同的的變形過程,沿[110]方向及[111]方向拉伸時晶體無頸縮現(xiàn)象,且屈服應力及屈服應變比[100]方向明顯增大;在0.0001/ps～0.002/ps之間增大加載速率時,鎢單晶體的屈服應力增大,而屈服應變基本沒有改變。
　　最后,應用

4、分子動力學方法模擬了不同溫度下單晶體鎢中(110)[110]與(010)[100]預制裂紋體系的裂紋擴展過程。結果表明:[110]預制裂紋體系在77K與200K時裂紋始終沿(110)面擴展直至材料分離,500K與800K時裂紋尖端都出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。裂紋擴展過程中裂尖附近有孿生帶出現(xiàn),溫度升高,孿生帶寬度增加,裂紋鈍化的效應也越來越明顯;(010)[100]體系裂尖的擴展方向偏離主裂紋面,韌脆轉變溫度比(110)[110]有所提高,這是由于