梯度納米結(jié)構(gòu)材料近幾年開始獲得廣泛關(guān)注,這是對金屬表面納米化處理后引申得到的概念,即晶粒尺寸在空間上由小到大逐漸增加,這種納米結(jié)構(gòu)能有效增強材料性能。本文利用分子動力學仿真方法研究了梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅的變形機理,仿真內(nèi)容包括單軸拉伸和疲勞拉伸模擬。單軸拉伸的仿真發(fā)現(xiàn)梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅在拉伸時具有獨特的應力分布,高應力區(qū)域為類似三角形的“金字塔”形狀,這種受力形態(tài)能夠協(xié)調(diào)大晶粒和小晶粒,避免應力局部化并抑制裂紋的產(chǎn)生;通過對比不同晶粒尺寸分布的梯度模型,發(fā)現(xiàn)當晶粒尺寸呈線性變化時材料的強度極限較高;通過改變最大晶粒尺寸,發(fā)現(xiàn)最大晶粒尺寸（20nm）是最小晶粒尺寸（5nm）的4倍時模型有較高的強度極限和伸長率,當最大晶粒尺寸（16nm）減小到最小晶粒的3.2倍時,梯度結(jié)構(gòu)抵抗拉伸變形的能力急劇下降;在疲勞拉伸循環(huán)的仿真中,梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅模型能有效緩解應力集中,抑制裂紋萌生,延長材料疲勞壽命,普通結(jié)構(gòu)多晶銅疲勞壽命相對較短,失效時裂紋擴展迅速同時伴有位錯出現(xiàn)�？傊�,本次仿真證明梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅在強度極限、伸長率和疲勞壽命方面都明顯優(yōu)于普通結(jié)構(gòu)多晶銅,通過觀察和分析變形機理,發(fā)現(xiàn)影響因素... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

梯度納米材料的強度-塑性匹配與納米晶-粗晶混合材料的比較

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文4圖1-2 傳統(tǒng)粗晶粒材料a)和納米晶材料b)的不同強化機制示意圖[12]更容易通過，此時便出現(xiàn)了材料軟化現(xiàn)象，值得一提的是，這種現(xiàn)象常見于晶粒尺寸足夠小的材料，但相應的晶粒尺寸還要比Hall-Petch臨界晶粒尺寸稍大。對有些材料來說，晶粒的大小還沒減小到Hall-Petch臨界晶粒尺寸時，材料就出現(xiàn)強度下降，原因就是晶界對位錯的阻礙作用不強。以上就是Hall-Petch關(guān)系的簡單討論。早在世紀之交，盧柯開始了納米材料的相關(guān)研究，在納米材料的強度、塑性、彈性模量、應變強化、超塑性、蠕變及變形機理等相關(guān)問題上[14]，強調(diào)由于納米材料的晶粒尺寸較小

度至少10 mm，其中最小的晶粒尺寸達到了10 nm[16]。工藝原理如圖1-3所示，直徑為3 mm的不銹鋼丸置于超聲波震動發(fā)射室中，系統(tǒng)的高頻率震動對試樣表面進行充分噴丸處理。圖1-3 表面機械研磨原理示意圖[16]結(jié)合大量的實驗結(jié)果，盧柯系統(tǒng)地解釋了材料如何通過塑性變形實現(xiàn)晶粒細化[17]，如圖1-4所示為兩種細化晶粒方法，一種是變形過程中出現(xiàn)了致密的位錯壁，位錯壁不斷產(chǎn)生并以亞晶界的狀態(tài)割裂晶粒，后期在熱力學處理后成為晶界，晶粒細化完成。另一種是在晶界產(chǎn)生位錯纏繞，這些位錯向各個方向擴展

【參考文獻】：
期刊論文
[1]滾壓誘導純銅表面梯度納米結(jié)構(gòu)磨損行為研究[J]. 袁俊瑞,徐佳,周振宇,樸鐘宇.  機械工程學報. 2017(24)
[2]金屬納米結(jié)構(gòu)材料[J]. 盧柯.  科學觀察. 2017(05)
[3]梯度結(jié)構(gòu)金屬材料研究進展[J]. 李毅.  中國材料進展. 2016(09)
[4]梯度納米結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計、制備及其性能的研究進展[J]. 王智海,柳和生,饒錫新,劉勇.  熱加工工藝. 2016(16)
[5]分子模擬中常用的結(jié)構(gòu)分析與表征方法綜述[J]. 張世良,戚力,高偉,馮士東,劉日平.  燕山大學學報. 2015(03)
[6]梯度納米結(jié)構(gòu)材料[J]. 盧柯.  金屬學報. 2015(01)
[7]利用分子動力學研究梯度納米孿晶Cu的微觀變形機理[J]. 周昊飛,曲紹興.  金屬學報. 2014(02)
[8]晶體塑性模型在單晶銅低周疲勞行為中的應用[J]. 郭運強,張克實,耿小亮,劉芹.  機械強度. 2009(02)
[9]低碳鋼的表面納米化組織及其性能[J]. 王長順,劉剛.  鋼鐵. 2006(12)
[10]表面納米化對低碳鋼摩擦磨損性能的影響[J]. 王鎮(zhèn)波,雍興平,陶乃镕,李曙,劉剛,呂堅,盧柯.  金屬學報. 2001(12)

博士論文
[1]梯度微納有序結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及應用研究[D]. 薛培宏.吉林大學 2017

碩士論文
[1]基于分子動力學的銅鉛合金拉伸變形特性的研究[D]. 韓瀏淼.哈爾濱工業(yè)大學 2018



本文編號：3465959