[發(fā)明專利]一種分析位錯(cuò)附近空位擴(kuò)散條件下α-Fe塑性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010048336.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111223531B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李梅娥;張彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C10/00
• 分類號(hào): G16C10/00;G16C60/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明公開了一種分析位錯(cuò)附近空位擴(kuò)散條件下α?Fe塑性的方法，建立用于模擬過(guò)飽和空位演化的含有位錯(cuò)和空位的α?Fe超晶胞模型；基于擴(kuò)散分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算不同溫度下空位長(zhǎng)時(shí)間演化后的濃度分布；計(jì)算不同溫度下空位?位錯(cuò)交互作用能在位錯(cuò)附近隨距離的分布；對(duì)弛豫前后的α?Fe超晶胞模型進(jìn)行單軸拉伸變形模擬，計(jì)算位錯(cuò)的Peierls應(yīng)力；通過(guò)對(duì)比空位弛豫前后不同滑移系的位錯(cuò)Peierls應(yīng)力判斷位錯(cuò)啟動(dòng)難易程度及晶體塑性變形行為。本發(fā)明可用于分析各類體心立方純金屬位錯(cuò)附近過(guò)飽和空位長(zhǎng)時(shí)間演化條件下的塑性變形行為，分析結(jié)果可靠，可重復(fù)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種模擬位錯(cuò)附近空位演化影響體心立方金屬塑性變形行為的方法，具體為一種分析位錯(cuò)附近空位擴(kuò)散條件下α-Fe塑性的方法。

背景技術(shù)

在材料的理論計(jì)算領(lǐng)域，擴(kuò)散分子動(dòng)力學(xué)作為微觀尺度的模擬手段，通過(guò)粗粒化原子振動(dòng)并演化出平滑的位點(diǎn)占據(jù)概率模擬長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散質(zhì)量和熱傳輸，同時(shí)保持原子級(jí)的分辨率。擴(kuò)散分子動(dòng)力學(xué)大的時(shí)間窗口能夠直觀的捕獲材料中大量點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散過(guò)程和溶質(zhì)的偏析行為，特別是在預(yù)測(cè)原子尺度的點(diǎn)缺陷的長(zhǎng)期演化對(duì)金屬材料的力學(xué)性能的影響方面有著重要的應(yīng)用前景。

空位-位錯(cuò)交互作用能和Peierls應(yīng)力作為表征空位位錯(cuò)交互作用強(qiáng)度以及晶體力學(xué)性能的重要參數(shù)，在研究空位偏析、位錯(cuò)啟動(dòng)以及晶體塑性變形行為等多尺度預(yù)測(cè)α-Fe基金屬材料的力學(xué)性能即在微觀及介觀尺度的力學(xué)參數(shù)傳遞間起著重要的作用。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)難以捕獲原子尺度的點(diǎn)缺陷，同時(shí)空位的演化屬于擴(kuò)散行為，傳統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬受原子振動(dòng)的限制無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的模擬。盡管動(dòng)態(tài)蒙特卡洛或者相場(chǎng)晶體方法能夠模擬長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散行為，但是動(dòng)態(tài)蒙特卡洛方法對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)很難創(chuàng)建完整的目錄，而相場(chǎng)晶體法主要解決熔點(diǎn)附近的高溫凝固等問(wèn)題。上述方法對(duì)于模擬長(zhǎng)時(shí)間的空位擴(kuò)散與晶體塑性行為等問(wèn)題均具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中模擬長(zhǎng)時(shí)間的空位擴(kuò)散與晶體塑性行為的問(wèn)題均具有一定的局限性的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種分析位錯(cuò)附近空位擴(kuò)散條件下α-Fe塑性的方法，為研制高性能的α-Fe基金屬材料提供了理論依據(jù)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種分析位錯(cuò)附近空位擴(kuò)散條件下α-Fe塑性的方法，包括以下步驟：

S1、建立用于模擬過(guò)飽和空位演化的含有位錯(cuò)和空位的α-Fe超晶胞模型；

S2、基于擴(kuò)散分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算不同溫度下空位長(zhǎng)時(shí)間演化后的α-Fe超晶胞模型中空位濃度分布，所述長(zhǎng)時(shí)間為大于微秒尺度；

S3、以及計(jì)算不同溫度下α-Fe超晶胞模型中空位-位錯(cuò)交互作用能在位錯(cuò)附近隨距離的分布；

S4、對(duì)空位弛豫前后的α-Fe超晶胞模型進(jìn)行單軸拉伸變形，計(jì)算位錯(cuò)的Peierls應(yīng)力；

S5、通過(guò)對(duì)比空位弛豫前后不同滑移系的位錯(cuò)Peierls應(yīng)力，判斷位錯(cuò)啟動(dòng)難易程度及晶體塑性變形行為。

優(yōu)選的，步驟S1中所述α-Fe超晶胞模型為刃位錯(cuò)的α-Fe超晶胞模型或螺位錯(cuò)的α-Fe超晶胞模型。

優(yōu)選的，基于V.S.Krasnikov開發(fā)的構(gòu)建刃位錯(cuò)模型的方法，建立含有不同滑移系下單個(gè)刃位錯(cuò)的α-Fe超晶胞模型；

基于C.Domain開發(fā)的構(gòu)建螺位錯(cuò)模型的方法，建立含有不同滑移系下單個(gè)螺位錯(cuò)的α-Fe超晶胞模型。

優(yōu)選的，步驟S1中含有位錯(cuò)的α-Fe超晶胞模型中設(shè)隨機(jī)分布的過(guò)飽和濃度的空位缺陷。

優(yōu)選的，步驟S2中所述通過(guò)擴(kuò)散分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算位錯(cuò)附近空位的設(shè)定時(shí)間演化，其亥姆霍茲自由能方程為：