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晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔-佩奇效应的微观变形机理

赵宇龙 陈铮 龙建 杨涛

晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔-佩奇效应的微观变形机理

赵宇龙, 陈铮, 龙建, 杨涛
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  • 采用晶体相场模型模拟获得了平均晶粒尺寸从11.6131.32 nm的纳米晶组织, 研究了单向拉伸过程纳米晶组织的强化规律的微观变形机理. 模拟结果表明: 晶粒转动、晶界迁移等晶间变形行为是纳米晶材料的主要微观变形方式, 纳米晶尺寸减小, 有利于晶粒转动, 使屈服强度降低, 显示出反霍尔-佩奇效应.当纳米晶较小时, 变形量超过屈服点达到4%, 位错运动开启, 其对变形的直接贡献有限, 主要通过改变晶界结构而影响变形行为, 位错运动破坏三叉晶界, 引发晶界弯曲, 促进晶界迁移. 随纳米晶增大, 晶粒转动困难, 出现晶界锯齿化并发射位错的现象.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 51075335, 51174168, 10902086, 51274167) 和西北工业大学基础研究基金 (批准号: NPU-FFR-JC20120222) 资助的课题.
    [1]

    Siegel R W 1997 Mater. Sci. Forum. 235-238 851

    [2]

    Sanders P G, Youngdahl C J, Weertman J R 1997 Mater. Sci. Eng. A 234-236 77

    [3]

    Koch C C, Malow T R 1999 Mater. Sci. Forum 312-314 565

    [4]

    Chokshi A H, Rosen A, Karch J, Gleiter H 1990 Scripta. Metall. Mater. 24 2319

    [5]

    Hahn H, Mondal P, Padmanabhan K A 1997 Nanostruct. Mater. 9 603

    [6]

    Lu L, Sui M L, Lu K 2000 Science 287 1463

    [7]

    Mishra R S, Valiev R Z, Mukherjee A K 1997 Nanostruct. Mater. 9 473

    [8]

    Zhou N G, Zhou L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3064 (in Chinese) [周耐根, 周浪 2008 物理学报 57 3064]

    [9]

    Wen Y H, Sun S G, Zhang Y, Zhu Z Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 2589 (in Chinese) [文玉华, 孙世刚, 张扬, 朱梓忠 2004 物理学报 58 2589]

    [10]

    Shao Y F, Wang S Q, 2010 Acta Phys. Sin. 59 7258 (in Chinese) [邵宇飞, 王绍青 2010 物理学报 59 7258]

    [11]

    Elder K R, Katakowski M, Haataja M, Grant M 2002 Phys. Rev. Lett. 88 245701

    [12]

    Elder K R, Grant M 2004 Phys. Rev. 70E 051605

    [13]

    Chen L Q, Shen J 1998 Comput Phys. Commun. 108 147

    [14]

    Hirouchi T, Takaki T 2009 Comput. Mater. Sci. 44 1192

  • [1]

    Siegel R W 1997 Mater. Sci. Forum. 235-238 851

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    Sanders P G, Youngdahl C J, Weertman J R 1997 Mater. Sci. Eng. A 234-236 77

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    Koch C C, Malow T R 1999 Mater. Sci. Forum 312-314 565

    [4]

    Chokshi A H, Rosen A, Karch J, Gleiter H 1990 Scripta. Metall. Mater. 24 2319

    [5]

    Hahn H, Mondal P, Padmanabhan K A 1997 Nanostruct. Mater. 9 603

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    Lu L, Sui M L, Lu K 2000 Science 287 1463

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    Mishra R S, Valiev R Z, Mukherjee A K 1997 Nanostruct. Mater. 9 473

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    Zhou N G, Zhou L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3064 (in Chinese) [周耐根, 周浪 2008 物理学报 57 3064]

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    Wen Y H, Sun S G, Zhang Y, Zhu Z Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 2589 (in Chinese) [文玉华, 孙世刚, 张扬, 朱梓忠 2004 物理学报 58 2589]

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    Shao Y F, Wang S Q, 2010 Acta Phys. Sin. 59 7258 (in Chinese) [邵宇飞, 王绍青 2010 物理学报 59 7258]

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    Hirouchi T, Takaki T 2009 Comput. Mater. Sci. 44 1192

  • [1] 龙建, 王诏玉, 赵宇龙, 龙清华, 杨涛, 陈铮. 不同对称性下晶界结构演化及微观机理的晶体相场法研究. 物理学报, 2013, 62(21): 218101. doi: 10.7498/aps.62.218101
    [2] 祁科武, 赵宇宏, 郭慧俊, 田晓林, 侯华. 温度对小角度对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟. 物理学报, 2019, 68(17): 170504. doi: 10.7498/aps.68.20190051
    [3] 陈成, 陈铮, 张静, 杨涛. 晶体相场法模拟异质外延过程中界面形态演化与晶向倾侧. 物理学报, 2012, 61(10): 108103. doi: 10.7498/aps.61.108103
    [4] 鲁娜, 王永欣, 陈铮. 非对称倾侧亚晶界的晶体相场法研究. 物理学报, 2014, 63(18): 180508. doi: 10.7498/aps.63.180508
    [5] 王永田, 刘宗德, 易军, 薛志勇. Gd基非晶与Gd纳米晶复合结构的磁制冷效应. 物理学报, 2012, 61(5): 056102. doi: 10.7498/aps.61.056102
    [6] 邱海林, 曹传宝, 朱鹤孙, 方 鲲, 高善民. 立方相β-GaN纳米晶的气相化学反应制备研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2267-2271. doi: 10.7498/aps.54.2267
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    [8] 郭刘洋, 陈铮, 龙建, 杨涛. 晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响. 物理学报, 2015, 64(17): 178102. doi: 10.7498/aps.64.178102
    [9] 卢敏, 黄惠莲, 余冬海, 刘维清, 魏望和. 不同晶面银纳米晶高温熔化的各向异性. 物理学报, 2015, 64(10): 106101. doi: 10.7498/aps.64.106101
    [10] 荣传兵, 张宏伟, 张 健, 张绍英, 沈保根. 纳米晶永磁中面缺陷对畴壁钉扎机理的研究. 物理学报, 2003, 52(3): 708-712. doi: 10.7498/aps.52.708
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-11
  • 修回日期:  2013-01-27
  • 刊出日期:  2013-06-05

晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔-佩奇效应的微观变形机理

  • 1. 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 51075335, 51174168, 10902086, 51274167) 和西北工业大学基础研究基金 (批准号: NPU-FFR-JC20120222) 资助的课题.

摘要: 采用晶体相场模型模拟获得了平均晶粒尺寸从11.6131.32 nm的纳米晶组织, 研究了单向拉伸过程纳米晶组织的强化规律的微观变形机理. 模拟结果表明: 晶粒转动、晶界迁移等晶间变形行为是纳米晶材料的主要微观变形方式, 纳米晶尺寸减小, 有利于晶粒转动, 使屈服强度降低, 显示出反霍尔-佩奇效应.当纳米晶较小时, 变形量超过屈服点达到4%, 位错运动开启, 其对变形的直接贡献有限, 主要通过改变晶界结构而影响变形行为, 位错运动破坏三叉晶界, 引发晶界弯曲, 促进晶界迁移. 随纳米晶增大, 晶粒转动困难, 出现晶界锯齿化并发射位错的现象.

English Abstract

参考文献 (14)

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