基于分子动力学镁合金塑性变形机制的研究进展
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第 ４７ 卷
第８期
２０１９年８月 第４０－４８页
材 料 工 程
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．８
Ａｕｇ．２０１９ ｐｐ．４０－４８
基于分子动力学百度文库合金塑性变形 机制的研究进展
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆＭｇａｌｌｏｙｓｂａｓｅｄｏｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｃｉｅｎｃｅｂａｓｅｄｏｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｍｅｔｈｏｄｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｆｏｒｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｍｉｃｒｏｎａｎｏｓｃａｌｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｈｅｌｐｓｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ ｓｌｉｐ，ｔｗｉｎｎｉｎｇａｎｄｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｓｌｉｄｉｎｇｉｎｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ；ｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｃｏｍｍｏｎｌｙ ａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅ ｈｅｘａｇｏｎａｌｃｌｏｓｅｐａｃｋｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｅｔａｌｓ ｗｅｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＭｇａｌｌｏｙｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｗａｓ ｍａｉｎｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ，ｉｔ ｗａｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔｔｈａｔｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｈｏｗｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｓｃａｌｅｓ ｗｉｌｌｂｅｔｈｅｆｏｃｕｓｅｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ；ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ；ｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ
Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；３ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＭａｇｎｅｓｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）
摘要：基于分子动力学方法的计算材料科学是研究微纳米尺 度 变 形 机 理 的 重 要 途 径，有 助 于 理 清 镁 合 金 不 同 塑 性 变 形 机制间的详细竞争关系。本文概述了镁合金中滑移、孪生和晶界滑移变形机制的作用机理；简要介绍了分 子 动 力 学 基 本 原理和适用于密排六方结构金属的常用势函数；详细阐述 了 基 于 分 子 动 力 学 方 法 镁 合 金 塑 性 变 形 机 制 的 研 究 进 展。 在 综述目前研究存在问题的基础上，指出开发适用于镁合金多 元 体 系 的 高 精 度 势 函 数 以 及 如 何 实 现 多 个 尺 度 的 衔 接 等 方 面是今后研究的重要方向。 关 键 词 ：分 子 动 力 学 ；镁 合 金 ；塑 性 变 形 机 制 ；势 函 数 犱狅犻：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１７．００１３０１ 中 图 分 类 号 ：ＴＧ１４６．２＋２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１４３８１（２０１９）０８００４００９
的滑移系和孪生变 形 机 制 开 动，易 形 成 较 强 的 基 面 织 构，造成镁合金的力 学 性 能 具 有 明 显 的 各 向 异 性 和 拉 压强 度 不 对 称 性 （ｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｆｆｅｃｔ，ＳＤ）及 较低的延展性和成 形 能 力，严 重 地 制 约 着 镁 合 金 的 大 规模应用 。 ［４７］ 因此，研究镁合金的塑性变形机 制 不 仅 可以发展和丰富金 属 塑 性 变 形 的 基 础 理 论，而 且 对 于
镁 合 金 材 料 具 有 密 度 低 、比 强 度 高 的 优 点 ，被 广 泛 应用于 汽 车 和 航 空 航 天 等 领 域 以 实 现 产 品 的 轻 量 化［１３］，可以有效地解决日益突出的能源问题和 尾 气 排 放等环境 问 题，备 受 国 内 外 学 者 和 工 程 人 员 的 关 注。 然而，镁 合 金 具 有 低 对 称 性 的 密 排 六 方 （ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅｐａｃｋｅｄ，ＨＣＰ）晶 体 结 构，塑 性 变 形 时 只 有 较 少
杨 宝 成１，２ ，彭 艳１，２ ，潘 复 生３，石 宝 东１，２ （１ 燕山大学 国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，河北 秦皇岛 ０６６００４；２ 燕山大学 机械工程学院，河北 秦皇岛 ０６６００４； ３ 重庆大学 国家镁合金材料工程技术研究中心，重庆 ４０００４４） ＹＡＮＧＢａｏｃｈｅｎｇ１，２，ＰＥＮＧ Ｙａｎ１，２，ＰＡＮ Ｆｕｓｈｅｎｇ３，ＳＨＩＢａｏｄｏｎｇ１，２ （１ ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｏｌｄＳｔｒｉｐＲｏｌｌｉｎｇ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４，Ｈｅｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
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２０１９年８月 第４０－４８页
材 料 工 程
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Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．８
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基于分子动力学百度文库合金塑性变形 机制的研究进展
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆＭｇａｌｌｏｙｓｂａｓｅｄｏｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ
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摘要：基于分子动力学方法的计算材料科学是研究微纳米尺 度 变 形 机 理 的 重 要 途 径，有 助 于 理 清 镁 合 金 不 同 塑 性 变 形 机制间的详细竞争关系。本文概述了镁合金中滑移、孪生和晶界滑移变形机制的作用机理；简要介绍了分 子 动 力 学 基 本 原理和适用于密排六方结构金属的常用势函数；详细阐述 了 基 于 分 子 动 力 学 方 法 镁 合 金 塑 性 变 形 机 制 的 研 究 进 展。 在 综述目前研究存在问题的基础上，指出开发适用于镁合金多 元 体 系 的 高 精 度 势 函 数 以 及 如 何 实 现 多 个 尺 度 的 衔 接 等 方 面是今后研究的重要方向。 关 键 词 ：分 子 动 力 学 ；镁 合 金 ；塑 性 变 形 机 制 ；势 函 数 犱狅犻：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１７．００１３０１ 中 图 分 类 号 ：ＴＧ１４６．２＋２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１４３８１（２０１９）０８００４００９
的滑移系和孪生变 形 机 制 开 动，易 形 成 较 强 的 基 面 织 构，造成镁合金的力 学 性 能 具 有 明 显 的 各 向 异 性 和 拉 压强 度 不 对 称 性 （ｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｆｆｅｃｔ，ＳＤ）及 较低的延展性和成 形 能 力，严 重 地 制 约 着 镁 合 金 的 大 规模应用 。 ［４７］ 因此，研究镁合金的塑性变形机 制 不 仅 可以发展和丰富金 属 塑 性 变 形 的 基 础 理 论，而 且 对 于
镁 合 金 材 料 具 有 密 度 低 、比 强 度 高 的 优 点 ，被 广 泛 应用于 汽 车 和 航 空 航 天 等 领 域 以 实 现 产 品 的 轻 量 化［１３］，可以有效地解决日益突出的能源问题和 尾 气 排 放等环境 问 题，备 受 国 内 外 学 者 和 工 程 人 员 的 关 注。 然而，镁 合 金 具 有 低 对 称 性 的 密 排 六 方 （ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅｐａｃｋｅｄ，ＨＣＰ）晶 体 结 构，塑 性 变 形 时 只 有 较 少
杨 宝 成１，２ ，彭 艳１，２ ，潘 复 生３，石 宝 东１，２ （１ 燕山大学 国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，河北 秦皇岛 ０６６００４；２ 燕山大学 机械工程学院，河北 秦皇岛 ０６６００４； ３ 重庆大学 国家镁合金材料工程技术研究中心，重庆 ４０００４４） ＹＡＮＧＢａｏｃｈｅｎｇ１，２，ＰＥＮＧ Ｙａｎ１，２，ＰＡＮ Ｆｕｓｈｅｎｇ３，ＳＨＩＢａｏｄｏｎｇ１，２ （１ ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｏｌｄＳｔｒｉｐＲｏｌｌｉｎｇ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４，Ｈｅｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，