145 / 2021-04-12 10:00:52

金属铜中微孔洞的生长及聚合机理研究

动态断裂,孔洞生长,孔洞聚合,分子动力学

延性金属的动态拉伸断裂是与多个领域紧密相关的重要基础科学问题。基于大量实验，学者们普遍认为该破坏是材料内部微结构形核、生长和聚合，最后导致灾变式断裂的损伤演化动力学过程。由于观测手段的限制，通过实验难以得到孔洞在高强动载下的演化过程，因此分子动力学模拟成为研究孔洞生长和聚合的一种有效手段。在本次报告中，我们使用分子动力学方法研究了均匀拉伸条件下两孔洞在单晶铜中的生长及聚合过程，单个模型的规模在一千万原子左右。首先将体系在温度300K、压力0Pa下进行充分弛豫，然后转为微正则系综，并以\(5 \times 10 ^8 \rm{s}^{-1}\)的应变率沿垂直于两孔洞的方向拉伸至0.2的最大应变。应力变化、位错发射和孔洞演化过程显示，在微孔洞演化的最后阶段，孔隙率随应变呈线性增长，且孔隙率的增长量与孔洞的初始条件无关。材料的应力三轴度的最大值随着初始韧带距离先增大后减小，而其转折点对应的正是双孔洞发生和不发生聚合的临界点，这说明应力三轴度的最大值对于孔洞是否发生聚合具有着表征作用。此外，局部位错密度的演化过程也表明，孔洞表面剪切位错环的发射对孔洞体积的增长并没有起到主导作用。我们也进一步研究了孪晶铜中孔洞的生长及聚合，结果表明，孔隙率变化的相关规律是与单晶一致的，而晶界成核引起了孔洞韧带距离的突变，需要用瞬时孔洞韧带距离去代替初始孔洞韧带距离。