板條馬氏體中彈性應變能塑性調節的彈塑性相場研究

《板條馬氏體中彈性應變能塑性調節的彈塑性相場研究》是依託南京理工大學，由叢振華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：板條馬氏體中彈性應變能塑性調節的彈塑性相場研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：叢振華
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

板條馬氏體由於具備優越的強韌性而成為高強度鋼的重要組成相。馬氏體微觀組織形態的演化取決於相變過程中彈性應變能的調節方式，儘管已經有利用相場法研究孿晶馬氏體中自調節效應的報導，但是關於相場法研究板條馬氏體中塑性協調對彈性應變能的影響還鮮有報導。本項目正是基於這一研究空白,利用相場微彈性理論（PFM），引入位錯機制對板條馬氏體形成過程進行塑性協調，建立三維彈塑性相場模型。主要思路是在計算總體本徵應變過程中考慮塑性應變，該應變通過彈性應變能的時間回響TDGL動力學方程描述。該模型的建立能夠考察塑性協調對板條馬氏體微觀組織形態以及彈性應變能的影響。這對於更深層次地認識和理解板條馬氏體形成機制以及微觀組織控制方面具有重要意義，尤其是將塑性協調引入相場法中模擬板條馬氏體微觀組織演化的構想，在板條馬氏體理論研究方面具有創新性。

結題摘要

鋯合金作為核電站常用材料在使用過程中極易與空氣中的氫氣形成某種氫化物造成合金的失效。氫化物斷裂的臨界條件被認為與合金中氫化物分布的形態和微結構有關。因此研究鋯合金中氫化物及其周圍缺陷微觀組織演化情況對於提高鋯合金使用性能至關重要。由於核輻照實驗成本巨大，因此利用介觀相場模擬的方法以基本的熱力學、力學和動力學信息作為輸入，不需要追蹤相界面位置就能預測任意形態和複雜的微結構的演化成為一種流行的研究手段。本項目旨在利用現有的彈塑性相場模型，並對其進行改造和修正，從而模擬真實環境中鋯合金中氫化物微觀形貌的演化並揭示其形變斷裂機制。模擬結果顯示鋯合金中氫化物傾向於沿著微裂紋兩端、垂直於載入方向形核生長，並且在反覆的溫度循環過程中氫化物數量和平均濃度不斷增大，直至飽和，導致鋯合金的疲勞斷裂。該結果對於指導實驗中如何設計延長核輻照材料的使用壽命具有重要理論意義。同時，我們利用第一性原理計算方法考察了Hg，Pd，Pb，Sn，Si，Zn，Zr，W八種摻雜元素對於鈦合金廣義層錯能的影響，從而討論摻雜元素對於其機械性能的影響。計算結果表明Ti-W體系無論對於基面摻雜還是柱面摻雜都能夠在保持原有鈦合金較高強度的同時，使其延展性得到提高。並且從微觀角度揭示了該影響的本質是由於摻雜元素的加入使得其周圍電荷密度明顯提高，減弱了原有Ti-Ti原子之間的互動作用，導致層錯能減小。該研究結果從微觀角度揭示了不同摻雜元素對於鈦合金機械性能的影響，對於鈦合金材料設計提供了理論支撐和依據。最後，我們利用CALYPSO計算軟體預測了一種新型五邊形二維結構SiP2，並通過第一性原理計算確定了該結構的熱力學和動力學穩定性。計算結果表明SiP2是一個具有2.86eV準直接帶隙的半導體，並且在外立場作用下帶隙可調。該性質使其在半導體器件設計製造中有較好的套用前景，同時為其它新型二維材料的設計和開發提供了一條新路徑。