高應(yīng)變率下溫度對單晶銅拉伸微觀變形的影響機(jī)理

編號：FTJS09775

篇名：高應(yīng)變率下溫度對單晶銅拉伸微觀變形的影響機(jī)理

作者：魏雙磊 褚浩男 韓帥 付紹祥 王振敏 胡小東

關(guān)鍵詞： 分子動力學(xué) 單晶銅 晶體結(jié)構(gòu) 應(yīng)力應(yīng)變 孔洞分析

機(jī)構(gòu)： 遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院

摘要： 目的以單晶銅為研究對象,探究5×109s-1高應(yīng)變率下溫度對單晶銅的應(yīng)力及微觀變形的影響,為設(shè)計(jì)、制備高性能單晶銅導(dǎo)線提供理論依據(jù)。方法運(yùn)用分子動力學(xué)模擬技術(shù),構(gòu)建尺寸為10.8 nm×10.8 nm×10.8 nm的單晶銅模型,在應(yīng)變率為5×109s-1,溫度為100~1100 K范圍內(nèi)對單晶銅進(jìn)行x、y、z三軸拉伸,模擬其應(yīng)力應(yīng)變、位錯密度、晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律,對晶體的有序性和孔洞體積分?jǐn)?shù)的微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究。結(jié)果隨著溫度的升高,單晶銅的屈服強(qiáng)度降低,在溫度為1100 K時(shí)單晶銅的屈服強(qiáng)度比100 K時(shí)降低了約55%,與屈服強(qiáng)度相對應(yīng)的應(yīng)變數(shù)值會提前約5%。得到了100~1100 K溫度范圍內(nèi)應(yīng)力−應(yīng)變曲線,該曲線包括3個階段,即彈性變形階段、塑性變形階段和應(yīng)力下降階段。對應(yīng)力變化的原因進(jìn)行分析,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后,單晶銅內(nèi)部出現(xiàn)孔洞形核,孔洞快速長大并合并;在變形的同時(shí),晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變,在1100 K溫度時(shí)FCC結(jié)構(gòu)全部轉(zhuǎn)變?yōu)镺ther結(jié)構(gòu);利用徑向分布函數(shù)對晶格有序性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)變下會產(chǎn)生非晶結(jié)構(gòu)。結(jié)論隨著溫度的升高,單晶銅的屈服強(qiáng)度降低,屈服強(qiáng)度的下降主要是位錯密度增大、孔洞形核、快速長大和合并以及晶格轉(zhuǎn)變共同作用的結(jié)果。