【摘 要】
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镁及镁合金是典型的金属结构材料,具有低密度和高比强度等一系列优点,被广泛用于航空航天、汽车和电子消费产品等领域。我国具有丰富的镁资源矿产,也是镁资源消费大国,在我国的可持续发展战略中,镁及镁合金的开发是不可缺少的一环。镁合金制品主要通过铸造方式获得,容易产生严重的气孔、缩孔和疏松等微观缺陷,这些微观缺陷可以归类为空洞缺陷,而空洞的生长和聚结对镁合金制品的使用寿命有重要的影响。因此,本文从微观角度出
【基金项目】
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国家自然科学基金（52065046,51661024）
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镁及镁合金是典型的金属结构材料,具有低密度和高比强度等一系列优点,被广泛用于航空航天、汽车和电子消费产品等领域。我国具有丰富的镁资源矿产,也是镁资源消费大国,在我国的可持续发展战略中,镁及镁合金的开发是不可缺少的一环。镁合金制品主要通过铸造方式获得,容易产生严重的气孔、缩孔和疏松等微观缺陷,这些微观缺陷可以归类为空洞缺陷,而空洞的生长和聚结对镁合金制品的使用寿命有重要的影响。因此,本文从微观角度出发,应用分子动力学方法研究空洞对单晶镁力学性能的影响。本文利用分子动力学方法,模拟了含空洞单晶镁在拉伸晶向、空洞形状、温度、空洞体积分数和空洞数量均不同情况下单轴拉伸过程,分析其力学性能并探讨了微观塑性变形机制。结果表明:（i）晶向对单晶镁的弹性模量和屈服应力有显著影响,单晶镁沿[0001]晶向拉伸的弹性模量和屈服应力大于沿[1120]晶向和[1100]晶向拉伸的弹性模量和屈服应力。单晶镁在拉伸过程中的微观变形机制不同:沿[0001]晶向拉伸,单晶镁的微观塑性变形机制主要是位错滑移和孪晶生长;沿[1120]晶向拉伸,单晶镁的微观塑性变形机制主要是出现垂直于拉伸方向的裂纹,随着拉伸的进行,裂纹与空洞聚合使材料断裂失效;沿[1100]晶向拉伸,单晶镁的微观塑性变形机制主要是空洞附近出现变形带,随后由于空洞颈缩严重,最终导致材料失效。（ii）含不同空洞形状单晶镁沿[0001]、[1120]和[1100]晶向拉伸时会有差异,且单晶镁沿[1120]晶向拉伸的屈服应力差异较大,含圆柱体空洞单晶镁的屈服应力最大,含球体空洞单晶镁的屈服应力最小。（iii）温度对单晶镁的弹性模量和屈服应力均有影响,随着温度从100K逐渐升高到500K,单晶镁的弹性模量和屈服应力依次降低,温度升高使单晶镁中原子的热运动加剧,部分原子紊乱,受到外力更加容易发生结构变形。（iv）空洞体积分数对单晶镁的弹性模量和屈服应力都有影响,空洞体积分数越大,单晶镁的弹性模量和屈服应力越小。（v）保持单晶镁中空洞体积分数不变,空洞越多,单晶镁的屈服应力越大。
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