搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究

马文 祝文军 陈开果 经福谦

引用本文:
Citation:

晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究

马文, 祝文军, 陈开果, 经福谦

Molecular dynamics investigation of shock front in nanocrystalline aluminum: grain boundary effects

Ma Wen, Zhu Wen-Jun, Chen Kai-Guo, Jing Fu-Qian
PDF
导出引用
  • 用分子动力学方法研究了纳米多晶铝在冲击加载下的冲击波阵面结构及塑性变形机理.模拟研究结果表明:在弹性先驱波之后,是晶界间滑移和变形主导了前期的塑性变形机理;然后是不全位错在界面上成核和向晶粒内传播,然后在晶粒内形成堆垛层错、孪晶和全位错的过程主导了后期的塑性变形机理.冲击波阵面扫过之后留下的结构特征是堆垛层错和孪晶留在晶粒内,大部分全位错则湮灭于对面晶界.这个由两阶段塑性变形过程导致的时序性塑性波阵面结构是过去未见报道过的.
    The shock front structure and the plastic deformation of nanocrystalline aluminum under shock loading are investigated by using molecular dynamics simulations. The simulation results show that: after the elastic wave was generated, the grain boundary sliding and deformation dominated the early plastic deformation mechanisms, then the partial dislocations were nucleated at the deformed grain boundaries and spread within the grains, finally the process of stacking faults, deformation twins and full dislocation formation in the grain dominated the latter stage of the plastic deformation. The structural characteristics after the shock front swept over is that the stacking faults and the deformation twins are left in grains, and the majority of the full dislocations are annihilated at the opposite grain boundaries. It is reported for the first time that the shock front structure reflects the time sequence of two different plastic deformation mechanisms in nanocrystalline aluminum.
    • 基金项目: 冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室基金(批准号:9140C6703010804,9140C6701010902),中国工程物理研究院科学技术发展基金重点项目(批准号:2007A01004)资助的课题.
    [1]

    Zhakhovskii V V, Zybin S V, Nishihara K, Anisimov S I 1999 Phys. Rev. Lett. 83 1175

    [2]

    Jones O E, Holland J R 1968 Acta Metall. 16 1037

    [3]

    Chhabildas L C, Asay J R 1979 J. Appl. Phys. 50 2749

    [4]

    Gahagan K T, Moore D S, Funk D J, Rabie R L, Buelow S J, Nicholson J W 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3205

    [5]

    Holian B L 2003 High-Pressure Shock Compression of Solids VI edited by Horie Y, L Davison, and N N Thadhani (New York: Springer)

    [6]

    Meyers M A 1977 Mater. Sci. Eng. 30 13

    [7]

    Meyers M A, Carvalho M S 1976 Mater. Sci. Eng. 24 5

    [8]

    Barber J L, Kadau K 2008 Phys. Rev. B 77 144106

    [9]

    Germann T C, Holian B L, Lomdahl P S, Ravelo R 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4

    [10]

    Holian B L, Lomdahl P S 1998 Science 280 4

    [11]

    Cao B, Bringa E M, Meyers M A 2007 Metall. Mater. Trans. A 38 2681

    [12]

    Weertman J R 2002 Nanostructured Materials: Processing, Properties, and Potential Applications edited by Koch C C (New York: William Andrew Publishing)

    [13]

    Dao M, Lu L, Asaro R J, Hosson J T M D, Ma E 2007 Acta Mater. 55 25

    [14]

    Meyers M A, Mishra A, Benson D J 2006 Prog. Mater. Sci. 51 427

    [15]

    Kumar K S, Van Swygenhoven H, Suresh S 2003 Acta Mater. 51 5743

    [16]

    Bringa E M, Caro A, Wang Y M, Victoria M, McNaney J M, Remington B A, Smith R F, Torralva B R, Van Swygenhoven H 2005 Science 309 1838

    [17]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Albers R C, Wark J S, Higginbotham A, Holian B L 2007 Phys. Rev. Lett. 98 135701

    [18]

    Jarmakani H N, Bringa E M, Erhart P, Remington B A, Wang Y M, Vo N Q, Meyers M A 2008 Acta Mater. 56 5584

    [19]

    Bringa E M, Caro A, Victoria M, Park N 2005 JOM 57 67

    [20]

    Chen D 1995 Comput. Mater. Sci. 3 327

    [21]

    Ma W, Zhu W J, Zhang Y L, Chen K G, Jing F Q, 2010 Acta Phys. Sin. 59 4781 (in Chinese)[马 文、祝文军、 张亚林、 陈开果、 邓小良、 经福谦 2010 物理学报 59 4781]

    [22]

    Mishin Y, Parkas D, Mehl M J, Papaconstantopoulos D 1999 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 538 535

    [23]

    Wang H Y, Zhu W J, Song Z F, Liu S J, Chen X R, He H L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3703(in Chinese)[王海燕、祝文军、 宋振飞、 刘绍军、 陈向荣、 贺红亮 2008 物理学报 57 3703]

    [24]

    Wang H Y, Zhu W J, Deng X L, Song Z F, Chen X R 2009 Acta Phys. Sin. 58 1154(in Chinese)[王海燕, 祝文军, 邓小良, 宋振飞, 陈向荣 2009 物理学报 58 1154]

    [25]

    Honeycutt J D, Andersen H C 1987 J. Phys. Chem. 91 4950

    [26]

    Cormier J, Rickman J M, Delph T J 2001 J. Appl. Phys. 89 99

    [27]

    Deng X L, Zhu W J, He H L, Wu D X, Jing F Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 4767(in Chinese)[邓小良、 祝文军、 贺红亮、 伍登学、 经福谦 2006 物理学报 55 4767]

    [28]

    Jing F Q 1999 Introduction to Experimental Equation of States (ed. 2) (Beijing: Science Press) p91(in Chinese) [经福谦 1999 实验物态方程导引(第二版) (北京: 科学出版社) 第91页]

    [29]

    Marsh P S 1980 LASL Shock Hugoniot Data (Berkeley: University of California Press)

    [30]

    Frseth A G, Derlet P M, Van Swygenhoven H 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5863

    [31]

    Cheung K S, Yip S 1991 J. Appl. Phys. 70 5688

    [32]

    Zimmerman J A, Webb III E B, Hoyt J J, Jones R E, Klein P A, Bammann D J 2004 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 12 S319

    [33]

    Van Swygenhoven H 2002 Science 296 66

    [34]

    Van Swygenhoven H, Derlet P M, Hasnaoui A 2002 Phys. Rev. B 66 024101

  • [1]

    Zhakhovskii V V, Zybin S V, Nishihara K, Anisimov S I 1999 Phys. Rev. Lett. 83 1175

    [2]

    Jones O E, Holland J R 1968 Acta Metall. 16 1037

    [3]

    Chhabildas L C, Asay J R 1979 J. Appl. Phys. 50 2749

    [4]

    Gahagan K T, Moore D S, Funk D J, Rabie R L, Buelow S J, Nicholson J W 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3205

    [5]

    Holian B L 2003 High-Pressure Shock Compression of Solids VI edited by Horie Y, L Davison, and N N Thadhani (New York: Springer)

    [6]

    Meyers M A 1977 Mater. Sci. Eng. 30 13

    [7]

    Meyers M A, Carvalho M S 1976 Mater. Sci. Eng. 24 5

    [8]

    Barber J L, Kadau K 2008 Phys. Rev. B 77 144106

    [9]

    Germann T C, Holian B L, Lomdahl P S, Ravelo R 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4

    [10]

    Holian B L, Lomdahl P S 1998 Science 280 4

    [11]

    Cao B, Bringa E M, Meyers M A 2007 Metall. Mater. Trans. A 38 2681

    [12]

    Weertman J R 2002 Nanostructured Materials: Processing, Properties, and Potential Applications edited by Koch C C (New York: William Andrew Publishing)

    [13]

    Dao M, Lu L, Asaro R J, Hosson J T M D, Ma E 2007 Acta Mater. 55 25

    [14]

    Meyers M A, Mishra A, Benson D J 2006 Prog. Mater. Sci. 51 427

    [15]

    Kumar K S, Van Swygenhoven H, Suresh S 2003 Acta Mater. 51 5743

    [16]

    Bringa E M, Caro A, Wang Y M, Victoria M, McNaney J M, Remington B A, Smith R F, Torralva B R, Van Swygenhoven H 2005 Science 309 1838

    [17]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Albers R C, Wark J S, Higginbotham A, Holian B L 2007 Phys. Rev. Lett. 98 135701

    [18]

    Jarmakani H N, Bringa E M, Erhart P, Remington B A, Wang Y M, Vo N Q, Meyers M A 2008 Acta Mater. 56 5584

    [19]

    Bringa E M, Caro A, Victoria M, Park N 2005 JOM 57 67

    [20]

    Chen D 1995 Comput. Mater. Sci. 3 327

    [21]

    Ma W, Zhu W J, Zhang Y L, Chen K G, Jing F Q, 2010 Acta Phys. Sin. 59 4781 (in Chinese)[马 文、祝文军、 张亚林、 陈开果、 邓小良、 经福谦 2010 物理学报 59 4781]

    [22]

    Mishin Y, Parkas D, Mehl M J, Papaconstantopoulos D 1999 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 538 535

    [23]

    Wang H Y, Zhu W J, Song Z F, Liu S J, Chen X R, He H L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3703(in Chinese)[王海燕、祝文军、 宋振飞、 刘绍军、 陈向荣、 贺红亮 2008 物理学报 57 3703]

    [24]

    Wang H Y, Zhu W J, Deng X L, Song Z F, Chen X R 2009 Acta Phys. Sin. 58 1154(in Chinese)[王海燕, 祝文军, 邓小良, 宋振飞, 陈向荣 2009 物理学报 58 1154]

    [25]

    Honeycutt J D, Andersen H C 1987 J. Phys. Chem. 91 4950

    [26]

    Cormier J, Rickman J M, Delph T J 2001 J. Appl. Phys. 89 99

    [27]

    Deng X L, Zhu W J, He H L, Wu D X, Jing F Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 4767(in Chinese)[邓小良、 祝文军、 贺红亮、 伍登学、 经福谦 2006 物理学报 55 4767]

    [28]

    Jing F Q 1999 Introduction to Experimental Equation of States (ed. 2) (Beijing: Science Press) p91(in Chinese) [经福谦 1999 实验物态方程导引(第二版) (北京: 科学出版社) 第91页]

    [29]

    Marsh P S 1980 LASL Shock Hugoniot Data (Berkeley: University of California Press)

    [30]

    Frseth A G, Derlet P M, Van Swygenhoven H 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5863

    [31]

    Cheung K S, Yip S 1991 J. Appl. Phys. 70 5688

    [32]

    Zimmerman J A, Webb III E B, Hoyt J J, Jones R E, Klein P A, Bammann D J 2004 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 12 S319

    [33]

    Van Swygenhoven H 2002 Science 296 66

    [34]

    Van Swygenhoven H, Derlet P M, Hasnaoui A 2002 Phys. Rev. B 66 024101

  • [1] 闻鹏, 陶钢. 温度对CoCrFeMnNi高熵合金冲击响应和塑性变形机制影响的分子动力学研究. 物理学报, 2023, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.72.20221621
    [2] 闻鹏, 陶钢. 温度对CoCrFeMnNi高熵合金冲击响应和塑性变形机制影响的分子动力学研究. 物理学报, 2022, 71(24): 246101. doi: 10.7498/aps.71.20221621
    [3] 第伍旻杰, 胡晓棉. 单晶Ce冲击相变的分子动力学模拟. 物理学报, 2020, 69(11): 116202. doi: 10.7498/aps.69.20200323
    [4] 周良付, 张婧, 何文豪, 王栋, 苏雪, 杨冬燕, 李玉红. 氦泡在bcc钨中晶界处成核长大的分子动力学模拟. 物理学报, 2020, 69(4): 046103. doi: 10.7498/aps.69.20191069
    [5] 宋旭, 陆勇俊, 石明亮, 赵翔, 王峰会. 集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响. 物理学报, 2018, 67(14): 140201. doi: 10.7498/aps.67.20180148
    [6] 闻鹏, 陶钢, 任保祥, 裴政. 纳米多晶铜的超塑性变形机理的分子动力学探讨. 物理学报, 2015, 64(12): 126201. doi: 10.7498/aps.64.126201
    [7] 袁林, 敬鹏, 刘艳华, 徐振海, 单德彬, 郭斌. 多晶银纳米线拉伸变形的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2014, 63(1): 016201. doi: 10.7498/aps.63.016201
    [8] 徐爽, 郭雅芳. 纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究. 物理学报, 2013, 62(19): 196201. doi: 10.7498/aps.62.196201
    [9] 马文, 陆彦文. 纳米多晶铜中冲击波阵面的分子动力学研究. 物理学报, 2013, 62(3): 036201. doi: 10.7498/aps.62.036201
    [10] 王晓中, 林理彬, 何捷, 陈军. 第一性原理方法研究He掺杂Al晶界力学性质. 物理学报, 2011, 60(7): 077104. doi: 10.7498/aps.60.077104
    [11] 陈开果, 祝文军, 马文, 邓小良, 贺红亮, 经福谦. 冲击波在纳米金属铜中传播的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(2): 1225-1232. doi: 10.7498/aps.59.1225
    [12] 何安民, 邵建立, 王裴, 秦承森. 单晶Cu(001)薄膜塑性变形的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(12): 8836-8842. doi: 10.7498/aps.59.8836
    [13] 马小娟, 刘福生, 李一磊, 张明建, 李永宏, 孙燕云, 彭小娟, 经福谦. 冲击压缩下物质黏性系数与冲击波阵面扰动衰减特性研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4761-4766. doi: 10.7498/aps.59.4761
    [14] 王海燕, 祝文军, 邓小良, 宋振飞, 陈向荣. 冲击加载下铝中氦泡和孔洞的塑性变形特征研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1154-1160. doi: 10.7498/aps.58.1154
    [15] 陈贤淼, 宋申华. 高温塑性变形引起的P非平衡晶界偏聚. 物理学报, 2009, 58(13): 183-S188. doi: 10.7498/aps.58.183
    [16] 邵建立, 王 裴, 秦承森, 周洪强. 铁冲击相变的分子动力学研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5389-5393. doi: 10.7498/aps.56.5389
    [17] 闫志杰, 李金富, 周尧和, 仵彦卿. 压痕塑性变形诱导非晶合金的晶化. 物理学报, 2007, 56(2): 999-1003. doi: 10.7498/aps.56.999
    [18] 邓小良, 祝文军, 贺红亮, 伍登学, 经福谦. 〈111〉晶向冲击加载下单晶铜中纳米孔洞增长的早期动力学行为. 物理学报, 2006, 55(9): 4767-4773. doi: 10.7498/aps.55.4767
    [19] 张 林, 王绍青, 叶恒强. 大角度Cu晶界在升温、急冷条件下晶界结构的分子动力学研究. 物理学报, 2004, 53(8): 2497-2502. doi: 10.7498/aps.53.2497
    [20] 文玉华, 朱 弢, 曹立霞, 王崇愚. 镍基单晶超合金Ni/Ni3Al晶界的分子动力学模拟. 物理学报, 2003, 52(10): 2520-2524. doi: 10.7498/aps.52.2520
计量
  • 文章访问数:  7467
  • PDF下载量:  869
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-25
  • 修回日期:  2010-05-12
  • 刊出日期:  2011-01-15

晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究

  • 1. (1)中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室,绵阳 621900; (2)中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室,绵阳 621900;国防科学技术大学物理系,长沙 410073
    基金项目: 冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室基金(批准号:9140C6703010804,9140C6701010902),中国工程物理研究院科学技术发展基金重点项目(批准号:2007A01004)资助的课题.

摘要: 用分子动力学方法研究了纳米多晶铝在冲击加载下的冲击波阵面结构及塑性变形机理.模拟研究结果表明:在弹性先驱波之后,是晶界间滑移和变形主导了前期的塑性变形机理;然后是不全位错在界面上成核和向晶粒内传播,然后在晶粒内形成堆垛层错、孪晶和全位错的过程主导了后期的塑性变形机理.冲击波阵面扫过之后留下的结构特征是堆垛层错和孪晶留在晶粒内,大部分全位错则湮灭于对面晶界.这个由两阶段塑性变形过程导致的时序性塑性波阵面结构是过去未见报道过的.

English Abstract

参考文献 (34)

目录

    /

    返回文章
    返回