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金属学报  2014, Vol. 50 Issue (2): 226-230    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00570
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利用分子动力学研究梯度纳米孪晶Cu的微观变形机理*
周昊飞, 曲绍兴()
浙江大学工程力学系, 杭州 310027
INVESTIGATION OF ATOMISTIC DEFORMATION MECHANISM OF GRADIENT NANOTWINNED COPPER USING MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION METHOD
ZHOU Haofei, QU Shaoxing()
Department of Engineering Mechanics, Zhejiang University, Hangzhou 310027
引用本文:

周昊飞, 曲绍兴. 利用分子动力学研究梯度纳米孪晶Cu的微观变形机理*[J]. 金属学报, 2014, 50(2): 226-230.
Haofei ZHOU, Shaoxing QU. INVESTIGATION OF ATOMISTIC DEFORMATION MECHANISM OF GRADIENT NANOTWINNED COPPER USING MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION METHOD[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(2): 226-230.

全文: PDF(3765 KB)   HTML
摘要: 

提出了一种新的纳米结构材料即梯度纳米孪晶界结构, 并利用分子动力学方法计算了梯度纳米孪晶Cu的单轴拉伸和压痕的变形过程, 分析了纳米孪晶界分布对位错机制的影响. 结果表明, 梯度纳米孪晶界主导的塑性变形可分为2类, 不全位错主导了较厚的孪晶片层的塑性变形, 较细孪晶片层的塑性变形由全位错主导. 此外, 提高孪晶界密度可以有效改善材料的强度和硬度.

关键词 分子动力学纳米孪晶界位错强度    
Abstract

Strengthening by twin boundaries at nanoscale and gradient surface nanocrystallization are two important strengthening approaches recently drawing considerable attention in the field of metallic material research. In the present work, a novel nanostructure, i.e., gradient nanoscale twin boundaries, is proposed. To reveal their unique deformation mechanism, uniaxial tension simulations of gradient nanotwinned copper are investigated by molecular dynamics simulations. The results show that partial dislocations govern the deformation of relatively thicker twins while full dislocations control the deformation of relatively thinner twin layers. Nanoindentation processes of gradient nanotwinned copper are also performed, providing insights on the strengthening and hardening effects of nanoscale twin boundaries.

Key wordsmolecular dynamics    nanoscale twin boundary    dislocation    strength
收稿日期: 2013-09-09     
ZTFLH:  TG113.25  
基金资助:* 国家自然科学基金项目11172264和11222218及浙江省重点科技创新团队计划项目2009R50010资助
作者简介: null

周昊飞, 男, 1986年生, 博士

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[1] Lu L, Shen Y F, Chen X H, Qian L H, Lu K. Science, 2004; 304: 422
[2] Lu K, Lu L, Suresh S. Science, 2009; 324: 349
[3] Wang Y B, Sui M L. Appl Phys Lett, 2009; 94: 021909
[4] Qin E W, Lu L, Tao N R, Lu K. Scr Mater, 2009; 60: 539
[5] Shan Z W, Lu L, Minor A M, Stach E A, Mao S W.JOM, 2008; 60: 71
[6] Cao A J, Wei Y G. J Appl Phys, 2007; 102: 083511
[7] Dao M, Lu L, Shen Y F, Suresh S. Acta Mater, 2006; 54: 5421
[8] Zhu T, Li J, Samanta A, Kim H G, Suresh S. PNAS, 2007; 104: 3031
[9] Jin Z H, Gumbsch P, Albe K, Ma E, Lu K, Gleiter H, Hahn H. Acta Mater, 2008; 56: 1126
[10] Li X Y, Wei Y J, Lu L, Lu K, Gao H J. Nature, 2010; 464: 877
[11] Zhou H F, Qu S X, Yang W. Modell Simul Mater Sci Eng, 2010; 18: 065002
[12] Qu S X, Zhou H F. Scr Mater, 2011; 65: 265
[13] Qu S X, Zhou H F, Huang Z L. Scr Mater, 2011; 65: 715
[14] Gleiter H. Acta Mater, 2000; 48: 1
[15] Kumar K S, Swygenhoven H V, Suresh S. Acta Mater, 2003; 51: 5743
[16] Chen J, Lu L, Lu K. Scr Mater, 2006; 54: 1913
[17] Knapp J A, Follstaedt D M. J Mater Res, 2004; 19: 218
[18] Schuh C A, Nieh T G, Iwasaki H. Acta Mater, 2003; 51: 431
[19] Li H Q, Ebrihimi F. Acta Mater, 2006; 54: 2877
[20] Schwaiger R, Moser B, Dao M, Chollacoop N, Suresh S. Acta Mater, 2003; 51: 5159
[21] Hanlon T, Kwon Y N, Suresh S. Scr Mater, 2003; 49: 675
[22] Witney A B, Sanders P G, Weertman J R. Scr Mater, 1995; 33: 2025
[23] Bellemare S C, Dao M, Suresh S. Mech Mater, 2008; 40: 206
[24] Fang T H, Li W L, Tao N R, Lu K. Science, 2011; 331: 1587
[25] Honeycutt J D, Andersen H C. J Phys Chem, 1987; 91: 4950
[26] Mishin Y, Mehl M J, Papaconstantopoulos D A, Voter A F, Kress J D. Phys Rev, 2001; 63B: 224106
[27] Qu S X, Wang G M, Zhou H F, Huang Z L. Comput Mater Sci, 2011; 50: 1567
[1] 梁凯, 姚志浩, 谢锡善, 姚凯俊, 董建新. 新型耐热合金SP2215组织与性能的关联性[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 797-811.
[2] 张哲峰, 李克强, 蔡拓, 李鹏, 张振军, 刘睿, 杨金波, 张鹏. 层错能对面心立方金属形变机制与力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(4): 467-477.
[3] 韩卫忠, 卢岩, 张雨衡. 体心立方金属韧脆转变机制研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(3): 335-348.
[4] 张开元, 董文超, 赵栋, 李世键, 陆善平. 固态相变对Fe-Co-Ni超高强度钢长臂梁构件焊接-淬火过程应力和变形的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1633-1643.
[5] 韩冬, 张炎杰, 李小武. 短程有序对高层错能Cu-Mn合金拉-拉疲劳变形行为及损伤机制的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1208-1220.
[6] 田妮, 石旭, 刘威, 刘春城, 赵刚, 左良. 预拉伸变形对欠时效7N01铝合金板材疲劳断裂的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(6): 760-770.
[7] 郑士建, 闫哲, 孔祥飞, 张瑞丰. 纳米金属层状材料强塑性的界面调控[J]. 金属学报, 2022, 58(6): 709-725.
[8] 高川, 邓运来, 王冯权, 郭晓斌. 蠕变时效对欠时效7075铝合金力学性能的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(6): 746-759.
[9] 李海勇, 李赛毅. Al <111>对称倾斜晶界迁移行为温度相关性的分子动力学研究[J]. 金属学报, 2022, 58(2): 250-256.
[10] 沈国慧, 胡斌, 杨占兵, 罗海文. 回火温度对含 δ 铁素体高铝中锰钢力学性能和显微组织的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(2): 165-174.
[11] 王韬, 龙弟均, 余黎明, 刘永长, 李会军, 王祖敏. 超高压烧结制备14Cr-ODS钢及微观组织与力学性能[J]. 金属学报, 2022, 58(2): 184-192.
[12] 侯嘉鹏, 孙朋飞, 王强, 张振军, 张哲峰. 突破强度-导电率制约关系:晶粒异构设计[J]. 金属学报, 2022, 58(11): 1467-1477.
[13] 赵永好, 毛庆忠. 纳米金属结构材料的韧化[J]. 金属学报, 2022, 58(11): 1385-1398.
[14] 武晓雷, 朱运田. 异构金属材料及其塑性变形与应变硬化[J]. 金属学报, 2022, 58(11): 1349-1359.
[15] 王硕, 王俊升. Al-Li合金中 δ′/θ′/δ复合沉淀相结构演化及稳定性的第一性原理探究[J]. 金属学报, 2022, 58(10): 1325-1333.