温度和加载速率对位错发射影响的原子级模拟

D0I:10.13374/j.1ssn1001-053x.1997.06.018 第19卷第6期 北京科技大学学报 Vol.19 No.6 1997年12月 Journal of University of Science and Technoiogy Beijing Dec.1997 温度和加载速率对位错发射影响的 原子级模拟* 周国辉)王东雷》黄一中)褚武扬)周富信) 1)北京科技大学应用科学学院，北京1000832)中科院力学研究所，北京100080 摘要以A!作为研究对象，采用EAM势实施分子动力学模拟.在I型和IⅡ型加载条件下，研究了 温度和取向对位错发射、裂纹脆性及韧性扩展的影响，模拟结果表明，升高温度，发射位错的临界 应力强度因子按指数规律降低.加载速率在一定范围内将影响临界应力强度因子.临界应力强度 因子随者加载速率的增大而增大， 关键词位错发射，分子动力学，原子级模拟，A1 中图分类号0772，TG111.2 在裂尖发射位错的研究中，用弹性力学或者原子级模拟方法都可以研究裂纹的形核和位 错发射.热激活效应在一些情况下不能忽略，特别是在较高温度下，热激活效应显得尤为明 显.Gilman〣和Hish回等人在研究温度对晶体断裂行为时指出，存在一个转变温度，低于该温 度，晶体的断裂是脆性的；高于该温度，断裂是韧性的.Mullins)用分子动力学模拟了脆性断 裂扩展，并认为晶体在高温下，裂尖发射位错，从而导致裂纹钝化.由于他使用的是Mos势， 韧脆转变不明显，结果与实验有一些偏差，很雉与用EAM和MEAM势模拟的结果相比.Kia gawa和Nakatani用分子动力学研究了位错形核与温度的关系，他们认为热激活能是温度的 线性函数，临界应力强度因子K与温度T2成正比.张永伟研究了热激活对Cu单晶发射位 错的影响.他假定K与T的关系符合L提出的指数关系，用分子动力学计算得到的结果很 好地符合的表达式.在他的文章中，分子动力学得到的临界应力强度因子 Ke=0.2376MPam2,要比Ohr计算值0.14MPam2要大一些. 加载速率对材料断裂也有影响.张永伟在文章中认为加载速率对Cu发射位错的临界应 力强度因子没有明显影响，但高速加载导致材料断裂， 在本文中，从温度和加载速率来研究它们对位错发射和裂纹扩展的影响. 1计算方法 1. 1原子间互作用势 根据镶嵌原子法(EAM0例提出的多体势来进行分子动力学模拟.选用的多体势函数为： 1997-09-12收稿 第一作者男26岁博士生 ·国家自然科学基金资助项目

第 1 9卷 1 99 7年 第6期 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f nU i v e r s i t y o f 女i e n e o a n d T e e h n o i o g y B e ij i n g V o l . 1 9 N o . 6 De e 。 1 9 9 7 温度 和加 载速率对位 错发射影 响的 原子级模拟 * 周 国辉 l) 王 东雷 ’ ) 黄一 中 ` ) 褚武扬 `) 周 富信 2 ) l )北京科技大学应用科 学学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2 ) 中科 院力学研究所 , 北京 1 00 0 80 摘要 以 lA 作为研究对象 , 采用 E A M 势实施分子 动力学模拟 . 在 I 型和 n 型加载条件下 , 研究了 温度和 取 向对位错发射 、 裂纹脆性及韧性扩展 的影响 . 模 拟结果 表明 , 升高温度 , 发射位错 的临界 应力强度 因子按指数规律降低 . 加载速率在 一定 范围 内将影响 临界应 力强度 因子 . 临界应 力强度 因子随着加载速率 的增大而增大 . 关键 词 位错发射 , 分子 动力 学 , 原子级模拟 , lA 中图分类 号 0 7 72 门 , C l 1 . 2 在裂 尖发 射位错 的研究 中 , 用 弹性力 学 或者 原子 级模拟 方法 都可 以 研 究裂 纹 的形核 和位 错发射 . 热激活效应在一 些 情况 下不 能忽略 , 特别是 在 较高温 度 下 , 热激活效应 显 得 尤为 明 显 . Q lm an 川 和 孤 sr hlz ]等人 在研究 温 度对 晶体断裂行 为 时指 出 , 存在 一个 转变温 度 , 低于 该温 度 , 晶体 的断 裂是 脆性 的 ; 高 于该 温 度 , 断裂 是 韧性 的 . M ul lins l3] 用分 子 动力 学模拟 了脆性 断 裂 扩展 , 并认 为晶体在高 温下 , 裂尖 发射 位错 , 从而导 致裂纹 钝化 . 由于 他使用 的是 M o sr e 势 , 韧 脆转变 不 明显 , 结果 与 实验有 一些 偏差 , 很 难与 用 E A M 和 M E A M 势模 拟 的结果 相 比 . iK at g aw a 和 N a k a at in 4l[ 用 分子 动力学研究 了位错形 核 与温度的 关系 , 他们认 为热激活能是 温度的 线性 函 数 , 临界 应力 强度 因子 长 lrt 与 温度 厂 ` 2成 正 比 . 张永 伟 L习研 究 了热激 活 对 uC 单晶 发射位 错 的影 响 . 他假 足 凡 。与 T 的关 系符合 iL l6] 提 出的指 数关系 , 用分 子动力 学计 算得 到 的结 果很 好 地 符 合 iL 的 表 达 式 . 在 他 的 文 章 中 , 分 子 动 力 学 得 到 的 临 界 应 力 强 度 因 子 凡 。 = 0 . 2 3 7 6 MP a · nr “ ’ , 要 比 O h产 7 ,计 算值 0 . 14 淤 a · m ,` 2 要 大一 些 . 加载 速率 对材料 断裂 也有影 响 . 张 永伟 在 文章 中 认为 加载 速率 对 C u 发射 位错的 临界应 力强 度 因子没有 明显 影 响 , 但 高速加 载 导致材 料 断裂 . 在本文 中 , 从温 度和 加载 速率来研究 它们 对位错 发射和裂 纹扩展 的影 响 . 1 计算方法 L l 原 子 间互作用 势 根 据镶嵌原子法 (EA 哟 9[] 提 出 的多体势来进行 分子 动力 学模拟 . 选 用 的多 体势 函 数为 : 19 9 7 一 0 9 一 12 收稿 第一作 者 男 26 岁 博士 生 * 国家 自然科学基金资助项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 06. 018

·606· 北京科技大学学报 1997年第6期 U=-∑p2+Σ∑ (1) 其中，p,三，，，和V,仅是i原子与j原子间距离，的窗数.表达式中的参数由Ack1ad 实验拟合得出o), 1.2计算模型 位移边界 对面心立方的Al,位错在{I11)面沿<110>方 向运动，故把(111)面选作裂纹面，裂纹前沿沿着 [112],位错沿着[110]方向运动（见图1）.为研究 裂纹 温度和加载速率的影响，采用Ⅱ型加载.计算胞的 尺度约为在x方向30a,(a,为点阵常数)，y方向 位移边界 35a。,裂纹开在中央.裂纹上下表面的距离大于截 图1裂纹和晶体取向围 断距离1.22a。,原子总数约为6200. xi1o]y(ii2]d111] 1.3边界条件 用I和Ⅱ型各向异性位移场来描述x方向和z方向边界各原子的位移情况，y方向采用周 期性边界条件（应变为0）.晶体内部各原子的运动规律遵循牛顿第二定律，用蛙跳法来计算 原子的位置和速度W.在定温模拟中，初始时晶体原子具有给定温度下的Maxwell-Boltzmann 分布.在计算过程中当晶体温度偏离给定温度时，要对晶体原子的运动速度重新标定，使其回 到给定的温度， 2结果及讨论 2.1温度因子效应 采用Ⅱ型加载，时间步长为5×10-15s,加载速率为5×10-3MPa·m2/ps.在0,40,100， 200,300和400K下作原子级模拟，记录临界应力强度因子K 临界应力强度因子K:与热力学温度的关 系见图2.由图可见，温度的升高引起临界应力 0.22 强度因子的降低.一些材料在低温下较难发射 0.20 0.18 位错，发射位错的能垒较高，而在高温下，由于 .edw) 0.16 热激活的影响，发射位错的能垒降低，使得发 0.14 射位错变得容易. 0.12 裂尖发射位错依赖于应力和温度.Li同指 0.10 出，在0K下，裂尖发射位错势能的最大值为： 0.08 0100200300400 4G=b2π1，-1) T/K 图2临界应力强度因子K:与热力学温度T的关系

. 6 0 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 97年 第 6期 u 一 艺。 ) ` 2 、 喜工 艺 : , 矛 乙 矛 i( 协 力 ( l ) 其中 , p , = 艺 中 J ( i 乎 刀 i , , 气和 气仅是 i 原 子 与 j 原 子 间距离 ir , 的 函数 · 表达 式 中的参数 由 cA ik adn 实验 拟合得 出 I ’ 0] L Z 计算模型 位移边界 对面 心立 方 的 lA , 位错 在 { 1 1 1} 面沿 l< 10 > 方 向运 动 , 故 把 ( 1 1 ) 面 选 作 裂 纹 面 , 裂 纹 前 沿 沿 着 [ 1 1 2 ] , 位错沿 着 [ 1 10 ] 方 向运动 [ , ] ( 见 图 l ) . 为研究 温 度 和 加 载 速率 的影 响 , 采 用 n 型加 载 . 计算 胞 的 尺 度 约 为 在 x 方 向 3 a0 。 a( 。 为 点 阵 常 数), y 方 向 35 a 。 , 裂 纹 开 在 中 央 . 裂 纹 上下 表 面 的距 离大 于 截 断距 离 1 . 2 a2 。 , 原子总数约 为 6 2 0 . 1 3 边界条件 裂纹 位移边界 图 _ 1 裂纹和晶体取 向圈 xl l l o l y -il ZI : 11 1 1 1 用 I 和 n 型各向异性 位移 场来 描述 x 方 向和 : 方 向边 界各 原子 的位移 情况 , y 方 向采 用周 期 性 边界 条件 ( 应 变 为 0) . 晶体 内部 各 原 子 的运 动规律遵 循 牛顿 第二定 律 , 用蛙 跳法 来计算 原子 的位置和 速度 l[ ’ ] . 在 定温模 拟 中 , 初 始 时晶体原 子具有 给定 温度下 的 M ax w el 一 B ol 忱 m an 分布 . 在计算过 程 中 当晶体温 度偏 离给定 温度 时 , 要 对晶体原子 的运动 速度重 新标 定 , 使其回 到给定的 温度 . 结果及讨论 温度 因子效应 采用 11型 加载 , 时 间步 长为 5 x 10 一 ” s , 加 载速率为 5 x 10 一 ’ M p a · m “ “ / 讲 . 在 0 , 4 0 , 10 0 , 20 0 , 30 和 4 0 0 K下作 原 子级模 拟 , 记 录临界 应力 强度 因子 凡 e . 临界 应力 强 度 因子 K n e 与热力 学 温度 的关 一, ǎ U 0 ǎ 叫、一 系见 图 2 . 由图可见 , 温度 的 升高引起 临界 应力 强度 因子 的降低 一些材 料 在低温 下 较难 发射 位错 , 发射位 错的能 垒较 高 , 而 在高 温 下 , 由于 热 激活 的 影 响 , 发 射位 错 的能 垒 降 低 , 使得 发 射 位错变得 容易 . 裂 尖 发射位 错 依赖 于 应 力 和温 度 . iL 6[] 指 出 , 在 O K 下 , 裂 尖 发射位 错 势能 的最 大值为 : 0 . 1 6 0 . 1 4 0 . 12 0 . 10 0 . 0 8 日 · 芝d戈à、 目。 丫 △G 一 bA ’ `l嘴瓦 一 , , 2胆 T/ K 3 0 0 4 0 0 图 2 临界应力 强度因 子 K肚与热力 学温度哟关 系

Vol.19 No.6 周国辉等：温度和加载速率对位错发射影响的原子级模拟 ·607· 因此，在0K下发射位错的临界应力强度因子为： 心-他v2π1 表达式中，b为位错的Burger矢量，A=μ/2(1-v)μ为切变模量，v为Possion比，r,为位错核 心半径，e是自然对数之底. 实验和计算表明，位错发射是一个热激活过程.Kitagawa4指出，激活能是温度的线性函 数.不妨假定 2akgT △Gr=b 式中，△G为位错单位长度激活能，k为Boltzmann?常数.当△G,=△G时，裂尖发射第1 2ak 个位错，即 3-AB总2r1。-1)= 由此可得在温度T下临界应力强度因子K。为： 2akgT Kie=Kueexp(- 取a=2.5,通过拟合得到临界应力强度因子K与T的关系为： K(①=0.1986-6.6575×10-4T41.3957×10-6T2-1.2104×10-9T 当一列位错从裂尖发出，分布在裂尖前方，裂尖畸异场与位错场共同作用，则沿x方向切应力 为： x-x 当x趋近x时，即在Peierls位错的附近，应力场需要附加一修正相为： ub/2π(1-v)][x/(x-)]. 图3是从裂纹尖端发射的2个位置图.在图3中，离裂尖1.2a,的A处和4.5a的B处有2 个位错.图4(a)和4(b)分别是裂尖发射位错前后 。4。年车。t卡。号9卡▣4。年卡4年9平。卡有市有车有车。 裂尖前方切应力分布，从图4(b)中可以看出，应 t:4年0t+4g”。。。”4。。t40。+。年g4 0…4”””””…。 力在A处和B处有突变，这表明在A处和B处存 在位错，靠近位错核心时，应力场已经不能用弹 性场描述，位错核心导致应力突变， 2.2加载速率效应 采用Ⅱ型加载，时间步长为1×10~14s,初始 温度为40K,加载速率从0.005,0.02,0.08,0.16 图3从裂纹尖端发射的2个位错 A:离裂纹尖端1.2ao:B:4.5a0 到0.24Mam2ps,研究临界应力强度因子与 ao为A1的点阵常数 加载速率的关系见表1. 加载速率在一定的范围内对K的影响 表1加载速率对临界应力强度的影响 不大，但是当K大于一个特定值时，K.将显 dK/di 0.0050.020.080.160.24 著升高（见图）. Kme/MPam30.1700.1720.1740.2320.276

V o l . 19 N O . 6 周国辉等 : 温度和加载 速率对位 错发射影 响的原子级模拟 . 6 0 7 . 因此 , 在 O K 下发 射位 错 的临界 应力 强度 因子为 : 衅 一 警扼石灭 表 达式 中 , b为位错的 B ugr er 矢量 , A = 尸 / 2城 1 一 v) , 户为 切变模 量 , v 为 oP s s in n 比 , r0 为位 错核 心 半径 , e 是 自然 对数之底 . 实验和 计算表 明 , 位 错 发射是 一个 热激 活 过程 . 瓦agt aw ’al ] 指 出 , 激 活能 是温 度 的线 性 函 数 . 不 妨假定 △G T = Z a 气T b 式 中 , △G 伪位错单位 长 度激 活能 , 气为 B of 忱 m an 常 数 · 当 △ G : 二 △G 时 , 裂 尖 发 射第 个位 错 , 即 Z a 故 T J 入 - 一= 一 一 月扩( l护共寸2孔 / r 。 一 l 、 = 0 D ` 写 由此 可得 在温 度 T 下 临界 应力 强度 因子 K n 。 为 : Z a 反 T K 。 = r , C x 叹 一 一 ` “ 、 n “ “ u e 一 ~ t’ 、 bA 尹 取 a = .2 5 , 通过拟合得到 临界 应力 强 度 因子 凡 。 与 T 的关 系为 : K n 。 ( 7) = 0 . 19 8 6 一 6 . 6 5 7 5 x 10 一 礴 +T l . 3 9 5 7 x l o 一 ` 2T 一 l . Z l o 4 x l o 一 ’ 尸 当一列 位错 从裂 尖 发 出 , 分布 在 裂尖 前方 , 裂 尖 畸异场 与位 错场共 同作用 , 则沿 x 方 向切应 力 为 : 一 凡 . 二 。 _ U ~ - - 下二二二二 州卜 尸 _ 八 一 、 I 一 在兀x 甲 2 7r ( l 一 v ) v x X 一 工l 当 x 趋 近 荞 时 , 即在 eP ie lsr 位错 的 附近 , 应 力场 需要 附加 一修正相 为 : 脉b/ 2 兀 ( l 一 v ) ] [ x / (犷 一 C , ) ] . 图 3 是 从裂纹 尖端发射的 2 个位置 图 . 在 图 3 中 , 离裂尖 1 . 2 a0 的 A 处和 4 . 5 a0 的 B 处有 2 个位 错 . 图 4( a) 和 4( b) 分别是裂 尖 发射位错前后 裂尖 前方 切应 力分 布 .’从 图 4( b) 中可 以 看 出 , 应 力在 A 处和 B 处有 突变 , 这表 明在 A 处和 B 处存 在位错 . 靠近位 错 核心 时 , 应 力场 已经 不能 用 弹 性 场描 述 , 位错 核 心 导致应力 突 变 . ④ : 兮.’ .2 2 加载速率效应 采用 11型 加载 , 时间步长 为 l x l o 一 ’ 4 5 , 初始 温 度 为 4 0 K , 加 载 速 率 从 0 . 0 0 5 , 0 . 0 2 , 0 . 0 8 , 0 . 16 到 0 . 2 4 M p a . m ,` ’ /sP , 研究 临界 应力 强 度 因子 与 加 载速 率的关系见 表 1 . 加 载 速 率在 一定 的范 围 内 对 K n e 的影 响 不大 , 但是 当 凡 。 大 于一 个特 定值时 , K 。 e 将 显 著升高 ( 见 图 5) . 图 3 从裂纹尖端发射 的2个位错 A : 离裂纹尖端 L Zao ; :B .4 sa 。 a0 为A ,的点 阵常数 表 l 加载速率对 临界应 力强度的影响 d刀 d t 0 . 00 5 0 . 0 2 0 . 0 8 0 . 1 6 0 . 2 4 尤 n 。 / (M p a . m “ , ) 0 . 1 7 0 0 . 1 7 2 0 . 17 4 0 . 2 32 0 . 2 7 6

·608· 北京科技大学学报 1997年第6期 10 10m (a) 8片 弹性力学解 (b) 弹性力学解 …原子论结果 原子论结果 6 6 苦 2 2 -2 0 4681012 024 681012 距裂纹尖距离，ao 距裂纹尖距离，40 图4原子论结果与弹性力学解比较（加载速率为0.16×10-3MPa·m2) (a)裂尖发射位错前，K知=0.192MPa·m2 b)发射位错后，K1=0.352 MPa-m/2 0.30 3结论 0.28 热激活影响临界应力强度因子.温度升 0.26 高，发射位错的激活能降低，使得位错发射 0.24 变得容易，并拟合出Al发射位错的K(T函 0.22 0.20 数关系式.当加载速率小于0.08MPam2/ 0.18 ×10s时，对K的影响不大；当加载速率 0.000.050.100.150.200.25 大于0.16MPam2/×10-3s时，K.显著升 (dK/d)/(×10-MPa.m.s 高 图5K如.与加载速率的关系 参考文献 1 Gilman JJ.Direct Measurements of the Surface Energies of Crystals.J Appl Phys,1960.31:2208 2 Roberts S G,Hirsh P B,Samuels J.Brittle-to-ductile Transition in Silicon.In:Proceedings of the 3th Interational Conference on the Science of Hard Materials,Part I.Nassau:Bahamas,1987.39 3 Mullins M.Computer Simulation of Fracture Using Long Range Pair Potentials.Acta Metall,1984, 32:381 4 Kitagawa H,Nakatani A,Shibutani Y.Molecular Dynamics Study of Crack Processes Associated with Dislocation Nucleated at the Tip.Mater Sci Eng,1994,A176:263 5 Zhang Y W,Wang T C,Tang Q H.The Effect of the Thermal Activation of Crack Processes at An Atomistic Crack Tip.J Appl Phys,1995,28:748 6 Li J C M.Computer Simulation of Dislocations Emitted from a Crack.Scr Metall,1986,20:1477 7 Ohr S M.An Electron Microscope Study of Crack Tip Deformation and Its Impact on the Disloca- tion Theory of Fracture.Mater Sci Eng,1985,72:I 8 Zhang Yongwei,Wang Tzuchiang,Tang Qiheng.Molecular Dynamics Simulation of Crack-tip Processes in Copper.Acta Mechanica Sinica,1995,11:76 9 Finnis M W,Sinclair J E.A Simple N-body Potential for Transition Metals.Phil Mag,1984,50:45 10 Ackland G J,Tichy G.Vitek V,et al.Simple N-body Potentials for the Noble Metals and Nickel

. 6 0 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 7年 第 6期 l0 (a) 弹性力学解 原子论结果 (b) 弹性力学解 原子论结果 O 厂.从找抓曰Ll 乃Q 月.且 乙U 4 .do .、 ,.` 、 . 、、 . . d口 音 、才 , } 一 ` 一 “ “ 、 祝 、 、 : · ·· · · · · · · · · · · · · · … … ~ … … 一 2 0 一 2 0 2 4 6 8 10 12 距裂纹尖距离 , a0 0 2 4 6 8 距裂纹尖距 离 , a0 10 1 2 图 4 原子论结果与弹性力学解 比较 (加载速率为.0 16 x l 。刁 M P a . m ’ )z/ (a )裂尖发射位错前 , nK = .0 1 92 M p a . m , 月 伪)发射位错后 , nK = .0 352 M p a . m , 12 3 结论 热 激活 影 响 临界 应 力 强度 因子 . 温度 升 高 , 发 射 位 错 的 激 活 能 降低 , 使得 位 错 发 射 变得 容易 , 并 拟合 出 lA 发 射位 错 的 K 。 e ( 乃函 数关系 式 . 当加 载速 率小于 0 . 08 M p a · m ’ ` ’ / x 10 一 ’ s 时 , 对 凡 。 的影 响不 大 ; 当加 载 速率 大于 0 . 1 6 MP a · m ,` ’ / X 10 一 ’ s 时 , 凡 。 显 著 升 高 . 0 . 30 0 . 2 8 0 . 2 6 0 . 2 4 0 . 2 2 0 . 2 0 0 . 1 8 兰、芝à d日: 。 yfl 0 . 0 0 0 . 0 5 0 . 1 0 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 (d刀d l) / ( x 10 一 , aMP · m , , , · s 一 ’ ) 图 S K 。 。与加载速率的关系 参 考 文 献 l 硕 l m an J J . 以 er e t M e as 眠m e n st o f ht e S u 比昵e E n e飞i e s o f C尽 s alt s . J A p PI hP y s , 1 9 6 0 , 3 1 : 2 2 0 8 2 oR be srt S G , 氏sr h P B , S am ue l s J . B ir t d e 一 o-t d cu it l e T ar n s i it o n i n s ili c o n . nI : P吠 e e id n g s o f hte 3 ht I n te rn a it on al C o n fe re cn e o n ht e S c i e cn e o f I l a dr M a te ir al s , Part 1 . N as s a u : B ha 田刀 as , 1 98 7 . 39 3 M u lli n s M . C o m Pu et r s i m 』 a it o n o f F r a c tu er sU i n g oL n g aR n g e P ia r P o et n it al s . A c at M 七alt l , 1 9 8 4 , 3 2 : 3 8 1 4 Kj agt aw a H , N a k a at n i A , S hi bo at l l l Y . M o l e e ul ar 伪 n am i e s St u dy o f C ar c k P r oc e s s e s sA s oc i a et d w iht 压s l oc a it o n N t lc l e a et d a t ht e iT p . M aet r S e i nE g , 1 994 , A 1 7 6 : 2 6 3 5 hZ an g Y W , W a l l g T C , T a n g Q H hT e E fe e t o f het hT e mr al A e it v a it o n o f C acr k P ocr e s s e s a t nA A ot im s it c C acr k T I P . J A PI hP y s , 1 99 5 , 2 8 : 74 8 6 LI J C M C om P u et r s im ul iat o n o f 以 s loc a it o n s E m i et d for m a C acr k . S c r M e alt l , 1 9 8 6 , 2 0 : 14 7 7 7 o hr S M . A n lE e e otr n 肠 c or s e o pe s t u d y o f C acr k IT P 块fo mr a it o n a n d l st lm P a c t o n ht e 以 s l oc 小 it o n hT e o 叮 o f F ar c t l l er . M a et r S e i E n g , 1 98 5 , 7 2 : l 8 hZ a n g y o gn w e i , W an g T z cu ih a n g , T an g 令 h e n g . M o l e e ul a r 切 n am i c s s im ul iat on o f C acr k 一 it P P代犯 e s s e s i n oC Ppe r . A c at M e c h翻 c a S iin e a , 19 9 5 , 1 1 : 7 6 g R脚 5 M W , Si cn l ia r J E . A S im Pl e -N Xt 记y OP te n it al of r T arn s iit o n M e at l s . P hi 1 M鳃 , 19 84 , 50 : 4 5 10 cA kl an d G J , iT c h y G , V i te k V , e t a l . S im Pl e -N 1叉 x ly P o te n it a l s of r hte oN bl e M e atl s a n d 凡c ke l

Vol.19 No.6 周国辉等：温度和加载速率对位错发射影响的原子级模拟 ·609· Phil Mag,1987,A56:735 11 Heermann D W.Computer Simulation Methods in Theoretic Physics,(2nd).Barlin:Springer-Verlag,1990 Atomistic Simulation of the Influence of Temperature and Loading Rate on Dislocation Emission Zhou Guohui Wang Donglei Huang Yizhong Chu Wuyang Zhou Fuxin2 1)Applied Science School,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences,100080 ABSTRACT Utilizing EAM potential,Al single crystal with molecular dynamics simula- tion method was studied.Under mode I and II loading,the influence of temperature and loading rate on dislocation emission and the critical stress intensity factor was analyzed. The simulated results show that the critical stress intensity factor for dislocation emission decreases exponentially as the temperature increases.Loading rate will influence the criti- cal stress intensity factor to some degree.The critical stress intensity factor will increase as loading rate increases. KEY WORDS dislocation emission,molecular dynamics,atomistic simulation,Al ***中**********中****中******中*中中*****中中中*中*中中中**中中**中*************中 (上接584页) Strain-induced Microstructural Changes and Effects of Alloying Elements for Fe,Al-based Alloys (II) Chen Guoliang Huang Yuanding Zhang Lichun Sun Zuging Yang Wangyue State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,UST Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT Effects of Cr and Mo on machanical properties and micro-structure of Fe,Al based alloys were investigated from the point of the strain-induced microstructural changes in Fe,Al-based alloys during room temperature deformation and high temperature creep.It is found that both Cr and Mo soluted into the matrix of Fe,Al-based alloys.The Addi- tion of Cr can accelerate strain-induced disordering resulting in an effect of solution soften- ing.The addition of Mo is beneficial to creep-induced reordering and to increase the recrys tallization temperature,resulting in solution strengthening. KEY WORDS intermetallics,iron aluminides,creep,ordering,strain induced disordering and ordering

V o l . 1 9 N O . 6 周国 辉等 : 温度和加 载速率对位 错发射影 响的原子级模拟 . 6 0 9 . P hil M a g , 19 8 7 , A 5 6 : 7 3 5 1 1 eH e mr an D W . C om P uet r S im u l a it o n M e ht ed s i n hT e o er it e hP y s i e s , (Z nd ) . B alr i n : S画 n g e -r V e ir ag , 1 9 9 0 A t o m i s t i e 5 1们。 u l a t i o n o f t h e o f T e m P e r a tu r e an d L o a d i n g R at e o n I n fl u e n C e D I S l o c at i o n E m i s s i o n 及 o u G u o h u i , ) Wa n g D o n g le i , ) uH a n g K z h o n g , ) hC u 州弓 , a n g , ) 及 。 、 凡加 , ) l ) A P Pli e d S e i e cn e S e h o o l , 2 ) I n s it tu te o f M e e h am e s , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C l l i n a C h i n e s e A e ad e m y o f S e i e cn e s , 10 0 0 8 0 A B S T R A C T U t lli z i n g E A M op te n it al , A I s i n g l e e yr s alt w i ht m o l e e u lar d y n a r n l e s s im ul a￾it o n m e ht o d w as s ut id e d . U n d e r m o d e 1 an d 11 l o ad i n g , ht e i n fl ue n e e o f et m pe ar ut er an d l o iad n g ar t e o n d i s l co a it o n e m i s s i o n an d ht e e ir it e a l s etr s s i n et n s iyt afC ot r w as an al y z e d . hT e s im u l a ot d er s u lst s h o w ht a t ht e e ir it e a l s etr s s i n et n s i yt acf ot r fo r d i s l co iat o n e 而 s s i o n d e e er as e s e x po n e n it a ll y as het et m pe ar t u er i n c er as e s . oL ad i n g ar et w ill i n fl ue cn e ht e e ir it - e al s etr s s i n et n s i yt afC ot r ot s o r n e d e g er e . hT e c ir it e al s etr s s i n et n s i yt acf ot r w ill i n e er as e as l o iad n g ar et i n e er as e s . K E Y W O R D S d i s lco iat o n e 而 s s i o n , m o l e c u l ar d y n am i e s , a ot m i s it e s im u l a it o n , A I (上 接 5 8 4 页 ) S tr a i n 一 i n d u e e d M i e r o s加 e ut r a l C h a n g e s a n d E fe e t s o f A ll o y i n g E l e m e n t s fo r F e 3A I 一 b a s e d A l l o y s ( 11) hC e n G u o li a n g uH a n g uY a n id n g 助 a n g 刀 c h u n uS n 压q in g aY n g 肠 n gy u e 5 t a t e eK y 比bo m t o yr fo r A d v a cn e d M e alt s a n d M aet ir al s , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h ian A B ST R A C T E fe e ts o f C r a n d M o o n m ac h a n i c a l p r o 详 irt e s a n d 而 c or 一 s ctrU tu re o f eF 3 A I b as e d al l o y s w e re i n v e s it g a te d ofr m ht e P o i n t o f ht e s t r a l n 一 i n d cu e d m i e or s tru c tu arl c h an g e s i n eF 3 IA 一 b as e d al l o y s d u ir n g or o m te m详ar tu re d e of rm a it o n an d ih g h te m详 ar tu re c re e p . It 1 5 of u n d ht at ob ht C r a n d M o s o l u te d i n t o ht e m a itr x o f eF 3 A I 一 b as e d a ll o y s · hT e A d d i - it o n o f C r e an ac e e l e ar te s tr a l n 一 i n d cu e d d i s o 记e ir n g re s u lit n g i n an e fe e t o f s o l u it o n s o fte n - i n g . T七e ad d iit o n o f M o 1 5 be n e if e ial t o e re e 卜i n d u e e d re o dr e ir n g an d ot i n e re as e ht e re c ry s atl li z iat o n te m pe ar tu re , er s u lit n g i n s o l u it o n s ’tre n g ht e n i n g . K E Y W O R D S i n et mr e alt li e s , i or n a l um i n i d e s , c er e P , o dr e ir n g , s t r a i n i n d cu e d d i s o dr e ir n g an d o dr e ir n g