镁及镁合金塑性变形机制与微结构演化行为研究

本项目运用原子模拟方法与介观尺度晶体塑性模型相结合研究镁单晶和多晶的塑性变形机制和行为。研究内容包括：运用原子模拟方法研究不同温度和应变速率下镁合金塑性变形行为，包括孪晶、滑移以及再结晶等塑性变形行为发生的条件、微观机制及对力学行为的影响；镁合金界面原子尺度微结构的分析及晶界对于塑性变形行为的影响等；由塑性变形原子尺度的微观机制和准则，得到不同塑性变形方式的本构关系，建立介观尺度镁合金单晶和多晶的晶体塑性模型，研究镁合金的各向异性行为以及屈服、硬化机制等。以上研究目的在于探讨镁合金塑性变形的机制，建立微观与介观相结合的塑性变形理论，探索改善变形镁合金塑性和韧性的学术思想及技术途径，并最终为镁合金开发、设计以及加工工艺和技术提供理论指导。这一研究将加快镁合金基础理论研究方面的发展，进一步提升镁合金的应用潜力。

本项目主要运用原子模拟方法研究镁单晶的塑性变形机制和行为，并开展了时间和空间尺度的多尺度研究。研究成果包括：（1）运用原子模拟方法研究了不同应变速率和边界条件下镁单晶拉伸、压缩和剪切变形机制和行为，特别是观察到纳米尺度的孪晶缺失现象，与相关实验结果吻合。并运用晶体结构分析给出了不存在压缩孪晶的原因，探讨了镁合金拉压不对称性的根本原因；（2）研究了孪晶和其它缺陷的相互作用，包括各类点缺陷和线缺陷。研究结果表明缺陷的类型不同，对于孪晶的生长和运动的影响效果也不一样。单个点缺陷和线缺陷的存在对孪晶的扩展行为影响不是很大。此外，在不同温度条件下，缺陷与孪晶的相互作用效果也不相同；（3）运用分子动力学与有限元方法相结合，研究纳米孪晶的形变机制和稳定性问题。通过有限元和分子动力学方法分别给出纳米孪晶的应力场分布，以及在载荷作用下下纳米孪晶的塑性变形机制和稳定性问题；（4）开展跨越时间尺度的ABC算法与分子动力学方法相结合的研究，改进分子动力学在时间尺度方面的缺陷。建立了孪晶界与位错的模型，探讨加载速率对于塑性变形机制的影响。