基于第一性原理和分子动力学的镁合金强韧化基础研究资料

800
600
400
200
0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
TEM研究表明，{11-22}<11-23>分解为两个柏氏矢量相同的不全 位错。所以，稳定层错能应该出现在0.5b处。
S. R. Agnew, Metallurgical and Materials Transactions A, 2002, 33A: 851-858.
35
35பைடு நூலகம்
86
86
169
169
(0.3b) 243
(0.3b) 242
(0.5b) 184
(0.5b) 182
(0.7b) 393
(0.7b) 390
1 所有原子都固定。
2
z方向可动。 3 z方向可动，y方向两层可动。 4 z方向可动，y方向四层可动。 5 z、y两个方向可动。
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
Z方向弛豫 带来的影响
基面 柱面
Z方向上应 力分布
锥面
93
引入弛豫 85
288
169
1029
503
(mJm-2)
由于晶面间距不同，是否引入 沿 z 方向的弛豫，对各滑移 系有不同的影响。对基面的影 响最小，对锥面的影响最大。
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
y方向弛豫带来的影响
{0001}<1-100>
1、构建模型。 2、弛豫（释放额外应力）。 3、计算能量。 4、层错能 = (E中间态-E初始态)/横截面积
计算 方法
z y
垂直方向上的额外应力 水平方向上的额外应力
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
计算结果(mJm-2)
{0001}<1-100> γSF
1 2 3
{1-100}<11-20> γUSF 288 169 169 γUSF
一、选题背景和研究内容
镁合金面临着塑性较低和强度较低的双重问 题，以致其使用量远不及钢铁和铝合金。
一、选题背景和研究内容
从微观层次来看，材料的塑性和强度取决于: 位错的滑移、孪晶的演变以及裂纹的扩展。 塑性
添加合金元素，调控镁合金的广义层 错能、裂纹形成能，进而影响其位错 行为和裂纹行为。 除了基面滑移外，最易开启的变形模式 为{10-12}孪晶。可见，如何阻碍孪晶界 面的迁移是一个非常重要的问题。
(0.7b) 1029 (0.7b) 503 (0.7b) 413
36 35 35
4
5
35
35
86
86
169
169
(0.3b) 243
(0.3b) 242
1200 1000
(0.5b) 184
(0.5b) 182
1 2 3 4 5
(0.7b) 393
(0.7b) 390
y方向的弛豫，不会影响基面和柱面。 但是对锥面有显著影响： 1、各最值点的位置。 2、各最值点的大小。
{11-22}<11-23> γSF γUSF (0.7b) 1029 (0.7b) 503 (0.7b) 413 (0.25b) 394 (0.35b) 376 (0.25b) 246 (0.35b) 236 (0.3b) 244 (0.5b) 216
γUSF 93 86 86
36 35 35
4
5
塑性较差的原因：非基面位错的开启非常困难。 Peierls认为，位错的形核，与非稳定层错能密切 相关。该值越小，位错形核越容易。
添加合金元素
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
促进非基面位错的开启
<11-23>
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
二、工具软件与技术路线
第一性原理方面的 模拟，采用了维也 纳大学开发的VASP 软件。
分子动力学方面的 模拟，采用了美国 Sandia国家实验室 开发的LAMMPS。
二、工具软件与技术路线
二、工具软件与技术路线
二、工具软件与技术路线
第一部分：层错
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
引言
博士论文答辩—
基于第一性原理和分子动力学的 镁合金强韧化基础研究
姓 名：豆雨辰 指导教师：张静 教授 日 期：2015年5月
目录
一、选题背景和研究内容 二、工具软件 三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响 四、合金元素对广义层错能、裂纹形成能的影响 五、孪晶偏聚能与溶质原子扩散激活能 六、基面层错对{10-12}孪晶的强化作用 七、结论
现有文献 之不足 (mJm-2)
{0001}<1-100> {1-200}<11-20> {11-22}<11-23>
稳定层错能 （31-36） （221-99）
非稳定层错能 （84-99） （189-356） （463-1080）
柱面和锥面的数据波动非常大
弛豫参数
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
强度
一、选题背景和研究内容
前期
1、研究弛豫参数对广义层错能计算结果的影响， 并确定后续计算中的弛豫方案。 2、利用第一性原理，模拟合金元素对广义层 错能的影响（涉及到的滑移系包括：{0001}<1 0-10>、 {1-100}<11-20>、 {11-22}<11-23>）， 对I1层错能的影响，对裂纹形成能的影响。 3、基于模拟结果，讨论合金元素对变形模式 的影响。涉及到的内容包括：基面位错的运动 模式、非基面位错开启的难易程度、模式I下的 本征塑性。
塑性
一、选题背景和研究内容
强度
4、基于第一性原理，计算合金元素在{10-12} 孪晶界面上的偏聚能，同时还对合金元素的 扩散激活能进行模拟。综合考虑合金元素的 偏聚能和扩散激活能，预测合金元素对{10-12} 孪晶界面的强化潜力。 5、基于分子动力学，研究基面层错对{10-12} 孪晶的强化作用。探讨利用基面层错对{10-12} 孪晶进行强化的可能性。
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
y方向弛豫带来的影响----几何分析
y
{11-22}<11-23>滑移系： 滑移方向两边的原子分布不对称 需要引入沿y方向的弛豫来消除应力
三、弛豫参数对广义层错能计算结果的影响
y方向弛豫带来的影响----应力分析
(mJm-2)
{1-100}<11-20> {11-22}<11-23>
γSF
1 2 3
γUSF
93 86 86
γUSF
288 169 169
γUSF
(0.25b) 394 (0.25b) 246 (0.3b) 244
γSF
(0.35b) 376 (0.35b) 236 (0.5b) 216
γUSF