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一种典型BCC金属的层裂强度与机理的分子动力学模拟研究：晶粒尺寸效应

高速冲击,层裂,晶粒尺寸效应,分子动力学模拟

钽（Ta）作为高能密度物理领域中的重要结构材料，和一种典型的具有体心立方晶格（BCC）的金属材料，在超高应变率下的动态断裂（即层裂）强度及损伤机理仍有许多空白之处。我们通过大规模的非平衡分子动力学模拟，计算了纳米多晶Ta在高速冲击载荷下的层裂强度，探究了潜在的动态断裂机理及晶粒尺寸效应。结果表明，在较低的冲击速度下（0.75 km/s），层裂强度、孔洞形核强度及最大拉伸强度与晶粒尺寸的关系均呈现出Hall-Petch向反Hall-Petch关系转变的特征，转变的临界尺寸在10~20 nm附近。在极小的晶粒尺寸（小于10nm）下，我们观察到一种由大量孔洞形核-生长主导的微层裂过程；随着晶粒尺寸的增大，我们观察到一种由晶界上的孔洞形核-生长-聚合主导的经典层裂过程。在较高的冲击速度下（1.50 km/s），晶粒尺寸效应被显著削弱，均呈现出微层裂主导的断裂模式。