《微觀缺陷對金屬鐵衝擊相變影響的分子動力學研究》是依託山西大學，由崔新林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微觀缺陷對金屬鐵衝擊相變影響的分子動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：崔新林
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高能阿而法粒子持續輻照材料會在材料中產生和積累大量的氦原子，積累的氦將聚集、沉澱，形成氦-空位複合物，乃至形成氦泡，另外，在金屬材料加工和製備中均存在大量的缺陷，如孔洞、位錯、晶界等，缺陷的存在對金屬相變有很大的影響，氦泡和孔洞都是高能阿而法粒子輻照材料後產生的典型缺陷，研究它們在衝擊載入下的微觀塑性變形過程對認識輻照損傷材料動態性質有重要意義。本項目利用分子動力學模擬研究衝擊條件下金屬鐵的相變特徵，在模擬樣品中加入孔洞和氦泡，研究孔洞和氦泡對鐵衝擊相變過程的影響。通過模擬不同的衝擊載入以及缺陷分布條件，系統研究這一過程中位錯、晶界、相變等典型微結構的演化規律，詳細分析在氦泡和孔洞的塌縮過程其周圍區域發生塑性變形的特徵。研究過程主要關注不同的載入條件和不同的缺陷等因素對相變機制、相變原理的影響，研究結果和認識對於我們深入了解輻照損傷對材料性質影響有重要意義。
結題摘要
經典分子動力學研究方法由於可以模擬材料微觀變化過程，廣泛用於研究金屬材料高壓高溫下的動態微觀變化過程，本項目中我們基於經典分子動力學模擬方法研究了高溫高壓下金屬鐵銅鋁以及鋯的相變和熱力學性質。首先，我們利用經典分子動力學模擬方法研究了單晶金屬鐵在衝擊載入下卸載階段的逆相變過程，分析了鐵的衝擊相變中壓縮階段的相變與卸載階段相變的不同特徵，通過計算粒子速度曲線以及應力曲線等觀察了不同載入階段的應力分布以及相變波的傳播過程，並且研究了在壓縮階段和拉伸階段中鐵的相變機制，根據原子追蹤路徑指出了逆相變中從hcp結構到bcc結構的相變路徑；其次，高壓下金屬的彈性和熱力學性質也具有十分重要的研究價值，我們研究了不同壓力下金屬銅鐵鋁的彈性常數和熱力學性質，計算了單晶金屬銅、鐵、鋁的冷能曲線、焓曲線、壓力-體積曲線等，通過冷能曲線和焓曲線判斷出金屬鐵相變閾值壓力，同時在金屬中加入孔洞，從原子尺度研究了含孔洞單晶銅和單晶金屬鋁在準靜態壓縮和拉伸下的孔洞周圍的位錯發射微觀機制，得到孔洞的增長其周圍區域發生塑性變形的完整物理圖像；納米多晶金屬由於其特殊的性質而獲得了大量的研究，晶粒粒徑是影響金屬多晶材料性能最重要的參數之一，我們利用Voronoi方法搭建了納米多晶材料模型，分析弛豫和淬火之後的多晶金屬鋁和銅樣品，計算出不同壓力下的彈性常數，並且進而計算了德拜溫度、泊松比、彈性波速等力學和熱力學參數等；最後利用lammps研究金屬鋯的高壓相變和高溫熔化、凝固，首先對樣品加壓到0.2GPa時發現單晶鋯會由hcp結構轉變到ω結構，隨後的加溫研究中發現，我們得到了hcp結構到bcc結構的相變溫度1161K，bcc結構的熔點為1569K，與實驗結果吻合的較好。對金屬材料高溫高壓下的微觀動態過程的研究有助於深刻認識材料微觀塑形，對更加深入理解延性材料動態斷裂問題有重要的意義。
