圆柱形α-Ti单晶强度与晶体尺寸依赖关系的分子动力学模拟

【作者】 任军强； 肖林； 孙巧艳； 孙军；

【机构】 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室；

【摘要】 运用分子动力学方法,选取α-Ti分析型嵌入式原子势EAM/FS势函数模拟了试样尺寸对α-Ti单晶力学行为的影响。采用截面几何为圆形,高径比为2:1,半径范围从3.0 nm～12.0 nm纳米柱作为研究对象,沿[1120]晶体学位向进行压缩。结果表明,试样强度随着尺寸的变化规律较为复杂,在7.0 nm时,屈服强度达到最大值8.1 GPa。半径大于7.0 nm时,屈服强度随试样尺寸的减小而增大;当半径小于7.0 nm时,屈服强度随试样尺寸的减小而减小,呈现反Hall-Petch关系。低于7.1 nm时的反Hall-Petch关系与材料的表面能有关。随着半径的减小,比表面积急剧增大,表面原子数迅速增加,原子配位数不足以及高的表面能使这些表面原子具有较高的活性,极不稳定,很容易在应力的作用下运动。用common neighbor analysis(CAN)方法观察了沿双滑移位向压缩加载α-Ti单晶纳米柱时原子的运动状态,结果显示,在试样内部没有位错源的情况下,表面及尖角部位容易发生应力集中,位错在应力集中的位置形核并沿着(1010)[1210]或(0110)[2110]扩展,最后运动出试样表面,在试样表面留下滑移台阶;{1010}柱面滑移是主要的变形方式,位错运动是钛纳米柱塑性变形的主要来源。更多还原