取向晶界对Al0.1CoCrFeNi高熵合金拉伸性能影响的分子动力研究

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近来年,高熵合金以其优异的强度、硬度以及良好的耐磨性受到材料科学与工程领域专家学者的广泛关注。高熵合金的力学性能在很大程度上取决于晶界的性质以及特殊晶界的分布,因此,晶界对其拉伸力学的影响引起了很多学者的关注,研究不同取向晶界对高熵合金力学性能影响的机制尤为重要。本文利用分子动力学模拟方法,采用重合位置点阵思想建立不同取向晶界单相面心立方晶体结构Al0.1CoCrFeNi高熵合金模型,对含有不同取向晶界(Σ3、∑9、Σ27)的Al0.1CoCrFeNi高熵合金体系在不同应变率、不同温度下进行单轴拉伸,分析不同取向晶界在不同条件下对Al0.1CoCrFeNi高熵合金拉伸过程中的力学性能影响的机制。对无晶界模型进行拉伸模拟结果表明所建立的Al0.1CoCrFeNi高熵合金的杨氏模量和密度与现有物理实验结果保持一致,验证了所建立模型以及所采用势函数的准确性。与无晶界高熵合金相对比含有晶界∑3体系的杨氏模量和屈服强度较高。比较Σ3、Σ9、Σ27三种不同取向晶界的Al0.1oCrFeNi高熵合金应力应变曲线图,可以发现在不同应变率以及不同温度下单轴拉伸过程中,三种取向的晶界的应力应变曲线图都有着相似的变化过程。在应变较小时为弹性变形过程,随着应力进一步增加达到峰值应力并开始产生屈服现象。对不同条件下的杨氏模量和屈服强度进行比较:∑3晶界合金杨氏模量和屈服强度最大。在不同应变率条件下对不同取向晶界Al0.1CoCrFeNi高熵合金的拉伸过程中发现,随着应变率的增大Al0.1CoCrFeNi高熵合金的屈服强度也随之增大但是杨氏模量值变化不大。观察微观图发现,应变率的增加会使体系的层错和位错数量增加,在晶界附近形成位错的缠绕从而造成晶界处应力集中,提高了高熵合金的力学性能;在不同温度条件下对不同取向晶界Al0.1CoCrFeNi高熵合金进行拉伸,得出不同体系的杨氏模量和屈服强度随着温度的升高而减小。观察微观图发现,随着温度的升高,位错运动增强,发生了位错的泯灭,造成位错密度的减小,从而降低了力学性能;比较不同取向晶界的微观曲线图发现,含有晶界Σ3合金和含有晶界∑9高熵合金的主要位错类型为1/6<112>Shockley不全位错,而含有晶界∑27高熵合金的主要位错类型为1/6<110>Stari-rod不全位错。
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