论文部分内容阅读
金属钛是二十一世纪最重要的结构材料之一,由于其优良的性能而越来越广泛的应用于各领域,金属钛的塑性变形机制一直是人们研究的热点,本文采用分子动力学的方法研究金属钛单晶的塑性变形机制。本文利用分子动力学研究方法,采用钛的分析型嵌入式原子势,建立了不同加载条件下金属钛的剪切、拉伸、压缩变形的分子动力学模型,研究了金属钛在不同加载条件下的塑性变形行为。比较了截面尺寸、温度、变形速度对金属钛拉伸性能的影响,得出以下主要研究结论:利用分析型的原子间作用势形式得到了金属钛的嵌入式原子势(EAM),通过计算金属钛的熔点、空位形成能验证了金属钛嵌入式原子势的准确性。计算得到的金属钛的熔点为1920K,空位形成能为1.50eV。通过与实验值进行比较,得出建立的嵌入式原子势准确性较高,可以用于塑性变形模拟。建立了沿(0001)晶面[2110]方向与沿(1010)晶面[2110]剪切的分子动力学模型,研究了加载方向对剪切变形的影响。结果表明:在300K,0.01nm/ps加载速度下,沿(0001)晶面[2110]方向进行剪切起始塑性变形应力、应变分别为0.27GPa、0.05;沿(1010)晶面[2110]方向进行剪切起始塑性变形应力、应变分别为0.57GPa、0.18。基面的剪切变形比柱面的更容易。建立了沿[0001]晶向和[0110]方向拉伸模型,结果表明:两种方向的拉伸均包含弹性变形阶段、均匀塑性变形阶段、颈缩阶段、断裂阶段。沿[0001]方向拉伸时,滑移系少,取向偏离软取向。变形时屈服强度为3.55GPa,屈服应变为0.095,断裂时的应变为0.55。沿[0110]方向拉伸时滑移系多,取向接近软取向。变形的屈服强度为2.41 GPa,屈服应变为0.067,断裂时的应变达到1.28,沿[0110]的拉伸变形更容易进行,表现出的塑性更好。建立了沿[0110]压缩模型,研究了压缩变形过程,结果表明:压缩变形的应力-应变规律经历了弹性变形阶段、屈服阶段、应力上升阶段。沿[0110]压缩,滑移系多,取向接近软取向。变形时的屈服强度为2.42GPa,屈服应变为0.04,可以看出与沿[0110]拉伸屈服应力基本相同。