映像力对高纯铝自由表面附近位错组态的影响

采用分析位错映像力的方法研究了纯铝表层区域直螺、直刃位错所承受的滑移应力,理论上计算出映像应力作用下直螺、刃位错临界滑移距离和纯铝表层低位错密度区尺寸.讨论了直刃位错临界攀移距离和温度的关系,指出了表面上相对稳定的位错组态.     

Si晶体中螺位错滑移特性的分子动力学

在保持Si晶体模型完全周期性的边界条件下, 采用位错偶极子模型在其内部建立一对螺位错. 通过Parrinello-Rahman方法对模型施加剪应力, 并应用分子动力学计算位错运动速度及交滑移的发生与外加剪应力间的关系. 在此基础上进一步研究晶体内的空位缺陷对螺位错运动的影响. 结果表明, 在位错滑移面上的六边形环状空位聚集体可加速螺位错的运动, 并且螺位错能通过交滑移跨越该空位缺陷, 避免产生钉扎现象. 揭示了低温层中大量存在的空位缺陷是降低位错密度的原因.      

外延生长的SrTiO_3/DyScO_3薄膜的微结构研究

利用激光分子束外延技术在DyScO3(DSO)衬底上异质外延生长了SrTiO3(STO)薄膜.采用原位X射线衍射方法在20~300 K范围内测量了低温下薄膜的热膨胀系数;讨论了应变与晶格失配之间的关系.薄膜的晶格参数在80 K的异常变化可能预示着结构相变的存在.高分辨X射线衍射用来分析样品中存在的两种位错:剪切位错和螺旋位错.结果显示,总的螺旋位错密度要比剪切位错密度大得多.我们认为螺旋位错是样品生长过程中的主要缺陷;剪切位错密度随着样品厚度的增加而增加.这两种位错密度之间的比例关系决定了薄膜的生长模式.     

变形奥氏体等温弛豫过程中的位错组态演化

利用透射电子显微术(TEM)，对Fe-Ni-Nb-Ti-C合金变形后等温弛豫过程中的位错结构变化以及应变诱导析出行为进行了观察分析。结果表明：变形过程中产生的高密度、分布混乱的位错，通过位错重组和多边形化过程，逐渐形成较为完整的位错胞状结构。应变诱导析出阻碍了位错的演变发展过程。在弛豫阶段后期(大约200s)，位错大部分脱离钉扎，位错胞演化成为尺寸较大的亚晶结构。     

12Cr1MoV耐热钢高温加热过程中位错组态的TEM研究

用透射电子显微镜(TEM)对12Cr1MoV珠光体耐热钢的位错组态和其他细节进行了观察和分析.结果表明,在12Cr1MoV正火后的高温回火和高温长时间加热过程中,12Cr1MoV中的相变位错首先发生部分回复,接着出现了位错胞结构,随后位错密度大大降低.最终,12Cr1MoV钢在高温时效后形成了低密度的线状位错组态,构成了比较稳定的位错网络.以上这些微结构变化伴随着材料力学性能的退化.     

Electronic structure of edge dislocation of core-doped Ti in Fe

The electronic structure of an edge dislocation doped Ti lying in the (001) plane with Burgers Vector along [100] direction in body-centered cubic iron is investigated using the first principles discrete variational method (DVM) based on the density-functional theory. The binding energy, impurity formation energy, interatomic energy, Mulliken orbital populations and charge density difference are presented in this paper. By calculating the binding energy of the clean dislocation system and the Ti-doped system, it is found that the binding energy of Ti-doped dislocation system is lower than that of the clean dislocation system, which implies that the Ti-doped dislocation system is more stable than the clean dislocation system. The calculated result of the impurity formation energy predicts the trapping effect of dislocation core for Ti, which shows that Ti atom prefers to occupy the place at the dislocation core. The calculated results of the interatomic energy and the difference charge density of dislocation doped Ti system indicate that the stronger bonding formed between the Ti impurity and its neighbor Fe atoms will affect the mechanical property of edge dislocation. Considering the influence of Ti on the electronic structure and the energies, we can predict that the trace Ti in transition metal Fe with dislocation defect can give a significant contribution to the solid solution hardening effects and will influence the mechanical property of materials.     

压电螺型位错与含界面效应纳米夹杂干涉研究

研究在无穷远纵向剪切和平面内电场作用下压电智能材料中螺型位错与考虑界面应力纳米尺度夹杂(纤维)间的力电耦合交互作用.运用复势方法,求解了夹杂和基体中复势函数的解析解以及应力场和电位移场分量.利用广义Peach-Koehler公式,给出了作用在压电螺型位错上位错像力的解析解答.研究结果表明:当夹杂的半径缩减到纳米尺度时,界面效应对夹杂(纤维)附近位错运动和平衡位置的影响将变得非常显著.正界面效应将排斥基体中的位错;当存在正的界面效应时,软夹杂能排斥界面附近的压电螺型位错.     

电流对金属超塑性变形中晶内位错形态的影响

在7475铝合金超塑性变形过程中沿拉伸方向对试样通以脉冲电镜，对变形后试样的透射电镜观察发现晶内位错呈顺电子流动方向排列的形态，而且位错密度有增加的迹象，分析认为这种位错形态的产生源于由脉冲电流而引起的电子风对位错段产生的一个类似于外加应力的电子风力，此力促进了位错的运动。由于大部分位错被合金中的沉淀相粒子钉扎住，因此位错的自由端在电子风力的推动下绕沉淀相粒子转动，直至位错线与电流方向平行，另外电子风力也会促进被阻塞在沉淀相粒子处的位错团的移动，从而促进了晶内位错的增殖，提高了位错密度。     

条状晶位错运动的晶体相场模拟

【目的】研究条状晶内不同矢量位错相互作用的情况,以揭示其运动和能量变化规律。【方法】采用晶体相场(PFC)模型,模拟4块取向差较小的条状晶所形成的4条亚晶界在应力作用下的湮没机制,并从位错运动和能量变化角度分析该机制。4条亚晶界中,2条是对称倾侧亚晶界,2条为非对称倾侧亚晶界结构。【结果】取向差较小的条状晶所形成的晶界为亚晶界,亚晶界上双位错组的数量由相邻两晶粒的取向差的大小决定;而在应力作用下,亚晶界的湮没过程主要有3个阶段:位错攀移及体系能量升高的第1阶段,位错分离及体系能量下降的第2阶段,位错相互作用及体系能量波动升高的第3阶段;由于存在非对称倾侧亚晶界,整个湮没过程比对称倾侧亚晶界的湮没过程较复杂一些。【结论】位错的相互作用存在4种情况:两位错相向运动,当位错矢量方向完全相反且在同一直线上时,相遇后发生湮没;位错相向运动,但运动方向不在一条直线上且距离较近,则可以相互吸引,最后依然可以湮没;如果运动方向不在一条直线上且距离较远,则无法相互吸引,它们只会朝着各自的运动方向继续运动;如果运动方向在一条直线上,但是位错方向不完全相同,它们相遇后不会湮没,而是组合形成一个复合位错。     

钢铁材料中刃位错与溶质原子的交互作用

通过计算机编程建立了钢铁中铁素体相中的1/2[1 1 1]刃位错的原子结构模型,用实空间的连分数方法计算了碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的总结构能和环境敏感镶嵌能,讨论了碳、氮及合金元素在位错区的偏聚及交互作用.计算结果表明:轻杂质C,N易偏聚于位错芯处;强、中碳化物形成元素(Ti,V,Nb,Cr)易偏聚于刃位错线上,非碳化物形成元素Ni偏聚于位错线下方的弹性扩张区;轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚,当温度下降使得C,N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时,钢铁中刃位错区将有C,N金属间化合物脱溶,这些化合物会阻碍位错的运动,起到第二相粒子的强化作用.     

面心立方金属的基于位错密度的循环本构模型

在晶体塑性理论框架下,建立适用于面心立方金属多晶材料的基于位错密度的循环本构模型.在各向同性硬化律中总位错密度被离散为螺位错和刃位错两部分,考虑了位错增殖、湮灭和相互作用的演化机制,同时采用了修正的非线性随动硬化律,建立单晶的循环本构模型,通过显式尺度过渡准则,把该模型拓展到多晶尺度.应用该模型模拟了典型面心立方结构材料多晶铜的棘轮行为.数值模拟结果表明,该模型不仅可以从多晶尺度模拟材料的棘轮行为和循环硬化特征,还可以从单晶尺度预测不同晶向和不同应力水平下的棘轮行为.     

螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉效应

研究了基体与夹杂中任意位置螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉问题,运用复变函数的分区全纯理论、柯西型积分、应力函数奇性主部分析方法与Rieman边值理论,将问题归结为一个初等复势函数方程的求解.获得了基体与夹杂区域复势函数的级数形式精确解,导出了裂纹尖端应力强度因子解析表达式和作用于位错的像力公式.计算结果表明:夹杂中的裂纹对于位错与夹杂的干涉具有强烈的扰动效应,它增强软夹杂对位错的吸引,减弱硬夹杂对位错的排斥,甚至将排斥转变为吸引.裂纹尖端附近的应力强度因子等值线表明,螺型位错位于裂纹尖端附近特定区域时对于裂纹扩展具有屏蔽效应.     

五阶段加工硬化理论

分析了金属塑性变形过程中,位错增殖、螺型位错交滑移和刃型位错攀移过程,建立了包括五个加工硬化阶段的位错理论模型。利用计算机,在不同的变形条件下,对理论模型进行了计算,计算结果和实验结果相当吻合。     

晶界位错运动的空位晶体相场模拟

【目的】研究不同形式的应力对位错运动形式的影响。【方法】通过添加空位自由能项修正晶体相场模型(Phase-field-crystal model,PFC model),得到空位晶体相场法模型(Vacancy phase-field-crystal model,VPFC model),并采用VPFC模拟小角度晶界(Grain Boundary)在外加单方向应力作用下的变形过程。【结果】在外加单方向应力作用下,小角度晶界位错组作攀移运动时系统自由能增加,位错组滑移时出现系统自由能下降和位错反应等现象。x方向拉应力促使位错发生负攀移,压应力促使位错发生正攀移。【结论】VPFC模型可有效模拟晶界位错、空位等微结构演化过程。     

高温预熔化晶界位错的结构组态转变的探究

晶体材料的性能受其内部晶界特性的影响。在高温下,晶体材料在晶界上易发生预熔化。本研究采用晶体相场(PFC)方法模拟高温二维六角晶体的晶界预熔化区在双轴加载作用下的结构演化情况。结果显示,晶界位错会发生配对,形成具有对称结构的位错团,一对位错上下排列,另一对位错左右排列,构成4个位错的组合。随着施加的应变增大,晶界位错预熔化区域横向扩展,其形状最初为棒状,逐渐转化为六边形,再转变成“V”形,最后又收缩为六边形。晶界预熔化区的形状变化伴随着内部位错结构的转变,从而发生位错芯扩展,原来上下配对的位错转变为并行排列的位错,左右排列的位错发生扩展滑移,并在左右两端萌生出一对新的位错。当预熔化区域扩展达到横向最宽时,该区域发射一对位错,随后预熔化区域开始收缩,最后又恢复到初始的形状。上述结果表明,位错结构的组态转变对晶体材料的高温变形机制能产生强烈的影响。     

计算机模拟循环形变铜单晶体的自组织位错结构

以随机分布在主滑移面上的3000个平行正负直刃型位错作为初始组态,采用离散位错动力学方法,模拟循环形变铜单晶体的自组织位错结构,得到动态平衡分布的脉络和位错墙结构,发现大偶极子位错结构·模拟结果与实验观察相符     

磁致塑性的位错机理

采用佩尔斯-纳巴罗的部分离散位错模型,计算了磁场中直刃型位错的错排能,推导出在静磁场中位错滑移所需克服晶体点阵阻力的最大值--佩-纳力,给出了佩-纳力与磁场强度、材料性质间的关系.结果表明:若材料中的位错具有顺磁性,佩-纳力的值比无磁场时的值减少,位错更容易运动,材料塑性增强.该结论与已有的磁塑效应实验中观察到的现象一致.当磁场为0时,所得佩-纳力的值可退化为已知的原佩-纳力.     

Molecular dynamics simulation of kink in 〈100〉 edge dislocation in body centred cubic iron

Using the molecular dynamics method,we have constructed two kink models corresponding to the 〈100〉{010} and 〈100〉{011} edge dislocations (EDs) in body centred cubic (bcc) Fe. It is found that the geometric structure of a kink depends on the type of edge dislocation and the structural energies of the atoms sites in the dislocation core region. The formation energies,migration energies and widths of the kinks in different types of EDs are calculated. The results show that formation and migration of the kink in the 〈100〉{010} edge dislocation are difficult. The 〈100〉{011} edge dislocation moves primarily through kink nucleation,rather than kink migration.     

螺型位错运动过程的计算机模拟

为能形象地理解位错的基本性质,本文以螺型位错为例,借助OpenGL的3D技术,通过在Visual C++6.0中编写程序,对螺型位错滑移时原子动态图象及其应力场分量进行了计算机模拟,并详细阐述了程序设计原理和实现方法;用此研究螺型位错的滑移图像,可以直观地看到晶体中每个原子在有位错经过时的运动情况. 这对研究运动的螺型位错以及混合型位错的特性都有重要意义.     

一种基于面向对象模拟刃型位错运动图象及应力场的方法

位错是晶体中的一种线型缺陷，它在晶体中普遍存在，不仅影响着晶体的力学强度，而且对固体的许多物理性质均有重要影响.为了能形象地理解位错的基本性质，本文以刃型位错作为研究算例，通过编写Visual C++程序，成功地实现了对刃型位错原子动态图象及其应力场分量的计算机模拟，并详细阐述了程序设计原理和实现方法.本文的编程思想和通过定性及定量分析得出的结论对深入研究位错的特性提供了很好的参考思路.