镁单晶形变及微结构演化行为分析

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1、多臻交博士学位论文镁单晶形变及微结构演化行为分析●1-----⋯●一一●一一Atomisticsimulationofdeformationbehaviorandtheo_·‘●‘一micro--structuralevolutioninmagnesiumsinglecrystal作者：亓宏刚导师：郭雅芳教授北京交通大学2013年6月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描

2、等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：听镢闷_。、'签字日期：硇多年乡月l7日导师签名：彳移答字醐锄乡“刖7日中图分类号：TGl46．2；TGl11．2UDC：学校代码：10004密级：公开北京交通大学博士学位论文镁单晶形变及微结构演化行为分析Atomisticsimulationofdeformationbehaviorandthemicro—structuralevolutioninmagnesiumsinglec

3、rystal作者姓名：亓宏刚导师姓名：郭雅芳学位类别：工学学科专业：固体力学学号：07115259职称：教授学位级别：博士研究方向：计算材料力学北京交通大学2013年6月致谢本论文是在导师郭雅芳教授的悉心指导下完成的。郭雅芳老师以其渊博的学识、求实的工作作风、敏捷的思维和严谨的治学和科研态度给我留下了深刻印象。在我攻读博士期间，导师对我进行了细致和耐心的指导和帮助，不断引导我开阔思路和大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中即增长了知识又培养了良好的科研态度。我将终生难忘郭雅芳老师对我的亲切关怀和悉心指导，在此论文完成之际，再一次

4、向郭老师致以最崇高的敬意。本人于2009年10月至2010年9月，由国家留学基金委资助去德国赫姆霍兹研究所GKSS研究中心留学，期间J6mMosler教授对我的学习、工作给予了无微不至的帮助和关怀。在此，向Mosler教授致以诚挚的谢意，也向课题组所有其他成员对我的帮助和支持表示感谢。感谢汪越胜教授在课题开展的各个阶段对我的关心和指导。感谢兑关锁教授、王正道教授、金明教授、黄海明教授、刘颖教授、徐丰教授、毛军副教授、陈阿丽副教授等所有力学所的老师在学习、工作和生活上的帮助。感谢课题组师兄吴文平、李建宝，师弟汤笑之、周磊、姜黎

5、明、王海光、马志富，师姐刘磊，师妹徐爽、俎群无私的支持和帮助。本工作还得到了力学所李风莲、熊志远、李郑发、徐晓亮、史志杰、刘静、刘兵飞、刘晓峰、王艳峰、马驹等师兄弟、师姐妹提供的帮助，在此一并表示感谢。同时也感谢我的父母和我的爱人王倩这几年来对我的理解、支持和鼓励。最后感谢国家自然科学基金(No．11072026)和国家留学基金委(CSC)的资助，特此致谢。中文摘要镁及镁合金是一种具有低密度和高比强度等优良特性的轻金属，但其有限的变形能力和低腐蚀抗性使其应用受到了限制，镁合金材料现有的使用状况远没有充分发挥其潜在优势。镁及镁

6、合金是一种密排六方结构金属，相对于面心立方和体心立方结构的金属，引起镁中塑性变形的滑移系较少，因此塑性差已成为变形镁合金加工与应用上的一个瓶颈。镁及镁合金在拉伸和压缩展现出不同的塑性变形机制，通常认为镁的最主要的塑性变形机制是孪晶和滑移。然而，镁及镁合金的内在塑性变形机理非常复杂，到目前为止还不是很清楚，这也是最近几年对镁及镁合金的一个研究重点。由于镁单晶与镁合金具有类似或相同的微结构和变形特征，在微观下研究镁单晶的塑性变形机制是研究镁及镁合金的一个重要途径。本文应用分子动力学在原子尺度对镁单晶进行拉伸、压缩和剪切来研究镁及

7、镁合金塑性变形机制，以及通过对镁单晶中不同缺陷与孪晶的相互影响研究其塑性变形机制内在本质及关系。主要内容和结论包括：1．采用分子动力学方法模拟镁单晶在c轴拉伸和压缩时不同温度下微观变形机制及微结构演化行为。模拟结果表明：拉伸时最主要的变形机制是{1012}<1011>型孪晶和型锥面滑移；压缩时最主要的变形机制不是通常认为的压缩孪晶，而是型锥面滑移。此结果揭示了镁单晶拉压不对称的微观本质。2．采用分子动力学方法模拟镁单晶受到剪切作用在不同温度下微观变形机制及微结构演化行为。模拟结果表明：剪切时最主要的微观变

8、形机制是层错和相变，相变区的原子密排面与原晶粒的密排面保持平行，没有发生转角。3．采用分子动力学方法模拟不同温度下点缺陷、线缺陷和面缺陷在{10i2)孪晶长大中所起的作用。模拟结果表明：点缺陷和各类线缺陷对于孪晶运动的影响不太明显。我们所研究的面缺陷在超低温(5K)时阻碍孪晶长大，孪晶面不