激光沖擊2A02鋁合金微觀塑性變形分子動力學(xué)模擬.pdf

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

2、模擬，描述激光沖擊強(qiáng)化2A02鋁合金塑性變形時(shí)微觀結(jié)構(gòu)的演變過程以及揭示溫度對2A02鋁合金晶粒細(xì)化的影響規(guī)律，獲得了以下主要結(jié)論和創(chuàng)新性成果:
　　(1)在高應(yīng)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(qiáng)化過程分為兩個(gè)階段。第一為初步細(xì)化階段，即從開始發(fā)生塑性變形到滑移帶占據(jù)整個(gè)Al-Cu多晶體內(nèi)部。該階段的主要特征是各晶粒內(nèi)部通過滑移出現(xiàn)亞晶界。由于滑移持續(xù)進(jìn)行，所以這一階段的應(yīng)力值是逐漸下降的。第二為強(qiáng)化階

3、段，由于整個(gè)Al-Cu多晶體內(nèi)部都被滑移帶所占據(jù)，所有的晶界、亞晶界以及晶粒內(nèi)的位錯均對滑移產(chǎn)生抑制作用，從而使滑移只能在應(yīng)力值較高的局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)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(gòu)成。而這些刃型位錯則是由各晶粒內(nèi)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(yīng)產(chǎn)生的，能夠阻礙亞晶界兩側(cè)的滑

4、移運(yùn)動。同時(shí)采用對亞晶界周圍的FCC原子重構(gòu)的方法得到了對稱傾斜晶界、扭轉(zhuǎn)晶界和孿晶界，并初步分析了其形成過程。發(fā)現(xiàn)除了當(dāng)應(yīng)變達(dá)到26％時(shí)才最終出現(xiàn)的孿晶界外，其它亞晶界均沒有轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?。但?00 K溫度的模擬結(jié)果中，當(dāng)應(yīng)變?yōu)?2％左右即可觀察到由亞晶界轉(zhuǎn)變而成的大角度晶界。這表明適當(dāng)?shù)臏囟葪l件可以促進(jìn)亞晶界轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?。從而推斷出整個(gè)晶粒細(xì)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(jié)果表明，結(jié)合綜合高密度位錯和晶粒細(xì)化的優(yōu)點(diǎn)，可以顯著提高Al-Cu多晶體在溫度載荷下的抗壓強(qiáng)度。盡管溫度升高會使造成晶界軟化和再結(jié)晶等現(xiàn)象而使晶?？箟簭?qiáng)度降低。但由于高密度位錯提高了強(qiáng)化階段的二次滑移和新的滑移系開動的應(yīng)力值，將晶粒內(nèi)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(fù)的出現(xiàn)，從而提高晶體的抗壓強(qiáng)度。同時(shí)高密度的位錯也有助于促進(jìn)亞晶界轉(zhuǎn)