激光沖擊2A02鋁合金微觀塑性變形分子動力學模擬.pdf

1、激光沖擊強化是一種新型的表面強化技術，可以在金屬表面形成較深的殘余壓應力層，使表層晶粒細化，從而提高金屬抗疲勞、抗磨損和抗腐蝕等機械性能。隨著研究深入，激光沖擊強化的微觀機理引起了廣泛的關注。但由于采用試驗手段難以捕捉到塑性變形過程中微觀結構演變的動態(tài)過程，因此有必要借助分子動力學模擬研究激光沖擊強化的微觀機理。
　　本文通過在2×107s-1應變率，15 ns加載時間，300 K和500 K溫度下對Al-Cu多晶體進行分子動力學

2、模擬，描述激光沖擊強化2A02鋁合金塑性變形時微觀結構的演變過程以及揭示溫度對2A02鋁合金晶粒細化的影響規(guī)律，獲得了以下主要結論和創(chuàng)新性成果:
　　(1)在高應變率載荷作用下，Al-Cu多晶體的塑性變形方式以滑移為主，其強化過程分為兩個階段。第一為初步細化階段，即從開始發(fā)生塑性變形到滑移帶占據(jù)整個Al-Cu多晶體內部。該階段的主要特征是各晶粒內部通過滑移出現(xiàn)亞晶界。由于滑移持續(xù)進行，所以這一階段的應力值是逐漸下降的。第二為強化階

3、段，由于整個Al-Cu多晶體內部都被滑移帶所占據(jù)，所有的晶界、亞晶界以及晶粒內的位錯均對滑移產生抑制作用，從而使滑移只能在應力值較高的局部區(qū)域內進行。該階段主要特征為二次滑移出現(xiàn)，新滑移系開動，亞晶粒合并，位錯攀移等微觀現(xiàn)象。
　　(2)通過分析在300 K溫度下第一階段中亞晶界形成過程，發(fā)現(xiàn)亞晶界主要是由一系列刃型位錯構成。而這些刃型位錯則是由各晶粒內部不同的滑移系開動后在彼此交界的區(qū)域通過位錯反應產生的，能夠阻礙亞晶界兩側的滑

4、移運動。同時采用對亞晶界周圍的FCC原子重構的方法得到了對稱傾斜晶界、扭轉晶界和孿晶界，并初步分析了其形成過程。發(fā)現(xiàn)除了當應變達到26％時才最終出現(xiàn)的孿晶界外，其它亞晶界均沒有轉變?yōu)榇蠼嵌染Ы?。但?00 K溫度的模擬結果中，當應變?yōu)?2％左右即可觀察到由亞晶界轉變而成的大角度晶界。這表明適當?shù)臏囟葪l件可以促進亞晶界轉變?yōu)榇蠼嵌染Ы?。從而推斷出整個晶粒細化的過程為:(i)不同滑移系開動;(ii)在不同滑移系交界區(qū)域形成亞晶界;(iii)

5、亞晶界吸收位錯變?yōu)榇蠼嵌染Ы纭?br>　　(3)500 K溫度下的激光沖擊處理的模擬結果表明，結合綜合高密度位錯和晶粒細化的優(yōu)點，可以顯著提高Al-Cu多晶體在溫度載荷下的抗壓強度。盡管溫度升高會使造成晶界軟化和再結晶等現(xiàn)象而使晶?？箟簭姸冉档?。但由于高密度位錯提高了強化階段的二次滑移和新的滑移系開動的應力值，將晶粒內的滑移限制在局部區(qū)域，限制由位錯束集所引起的動態(tài)回復的出現(xiàn)，從而提高晶體的抗壓強度。同時高密度的位錯也有助于促進亞晶界轉