Атомистические механизмы и кинетика пластической деформации металлов при высокоскоростной деформации

• Автор: Янилкин, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 104 с. : ил.

Оглавление
1 Введение
2 Обзор литературы
2.1 Основные свойства дислокаций
2.2 Экспериментальные результаты
2.2.1 Ударно-волновые эксперименты
2.2.2 Наноиидентирование
2.3 Атомистическое моделирование
2.4 Мцогомасштабные подходы
3 Гомогенное зарождение дислокаций
3.1 Энергия дислокационной петли
3.1.1 Модуль сдвига и энергия дефекта упаковки
3.1.2 Энергия петли частичной дислокации
3.2 Моделирование гомогенного зарождения дислокаций
3.2.1 Молекулярно-динамически я модель
3.2.2 Механизм гомогенного зарождения дислокаций
3.2.3 Метод определения скорости зарождения
3.3 Результаты и обсуждение
3.4 Заключение
4 Движение одиночной дислокации в монокристалле.
4.1 Молекулярно-динаминамическая модель
4.2 Движение дислокации в цедеформировашюм кристалле
4.3 Динамическое торможение дислокаций
4.4 Влияние параметризации потенциала взаимодействия па коэффициент торможения

4.5 Влияние размера система па движение дислокации.

5 Движение дислокации в системе с точечными дефектами.
5.1 Энергия взаимодействия дислокации и вакансий
5.2 Динамическое торможение
6 Взаимодействие дислокаций и препятствий.
6.1 Молекулярно-динамическая модель
6.2 Механизм отрыва и критические напряжения
7 Кинетика пластической деформации при импульсном нагружении
монокристаллов.
7.1 Оценка динамического предела текучести
7.2 Динамика дислокаций в механике сплошной среды
8 Выводы

Глава
Введение
Диссертация посвящена разработке теоретического описания механизмов и кинетики пластической деформации металлов при высокоскоростной деформации. Построена модель явления и исследованы процесс гомогенного зарождения дислокации, явление фононного торможения, влияние точечных дефектов и препятствий на подвижность дислокаций. Использован метод молекулярной динамики (МД). Полученные результаты обобщены в виде аналитических соотношений.
Актуальность работы. Высокоскоростное нагружение встречается во многих технологически важных приложениях, включая высокоскоростную обработку и формовку материалов, создание ударостойких материалов, пробивание защитных оболочек, ударное повреждение авиационных и космических летательных аппаратов и конструкций. Механический отклик многих материалов (металлов, керамик, стёкол, полимеров) при высокоскоростном деформировании отличается от случая статических нагрузок. Так для многих металлов зависимость напряжения течения от скорости деформирования резко усиливается с превышением скорости деформирования ^ 103 — 104 с-1 [1,2]. Явление можно интерпретировать как следствие изменения механизма движения дислокаций.
При малых скоростях движения дислокации преодолевают препятствия в результате совместного действия приложенного напряжения и тепловых флуктуаций. Вследствие этого увеличение температуры сопровождается понижением предела текучести материалов. Для деформирования с высокой скоростью необходимо приложить более высокие напряжения. При скорости деформирования больше некоторой пороговой действующие напряжения оказываются достаточными для обеспечения динамического преодоления препятствий (барьеры Пайерлса), без дополнительного

1.8-, <7, вРа

-1----1--------1-------1------1--,——,-,— , . 1 I -1 ■ г~
10 20 30 40 50 60 0
—I ' 1 > 1 р
100 150 200

Рис. 3.8: Пример определения скорости зарождения дислокаций из времени жизни метастабилыюго состояния, а - релаксация напряжений после фиксирования степени деформирования. ^ - время динамической памяти. Ь - число траекторий н, в которых не произошло зарождения к моменту времени т. Т = 300К.
ния дислокации и соответствующее время жизни. Для определения среднего времени необходимо провести несколько десятков независимых подобных расчётов. Все они должны соответствовать одной степени метастабильиости макроскопического состояния. Под макросостоянием в данном случае понимается заданная температура Т и степень сдвиговой деформации, которую можно характеризовать значением сдвиговых напряжений аху. На рис. 3.8,Ь показано распределение времён жизни, процесс зарождения носит Пуассоновский характер. Ансамбль независимых траекторий, соответствующих одному макросостоянию, набирается путём использования различных реализаций распределения Максвелла по скоростям в начальный момент времени, соответствующего одной и той же температуре. Подобная экспоненциальная зависимость доли состояний, в которых не произошло зарождение, от времени ожидания наблюдалась в экспериментах по напоиндентированию с фиксированной нагрузкой [9].
Удобно ввести в рассмотрение также частоту (или скорость) зародышеобразо-вания J, имеющую смысл среднего числа зародышей, образующихся в системе за единицу времени и являющуюся важной кинетической характеристикой метаста-бильиой фазы. Будем относить 7 к одной частице метастабильной системы, тогда получаем: 7 = 1 /(Ат), где N - число атомов в системе.