溫度對(duì)合金塑性變形行為影響的蒙特卡羅模擬

王克廷，陳忠家，郭煜澤，張秋婉

(合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

在一定的溫度、應(yīng)變率范圍內(nèi)變形時(shí)，鋁合金等一些合金材料會(huì)出現(xiàn)塑性失穩(wěn)現(xiàn)象[1-4]，1923年，Portevin和Le-Chatelier[5]對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的報(bào)道，因此也稱(chēng)為Portevin-Le Chatelier (PLC)效應(yīng)。鋁合金的Portevin-Le Chatelier(PLC)效應(yīng)，宏觀(guān)上表現(xiàn)為鋸齒形屈服和非均勻變形行為，造成材料塑性降低，產(chǎn)品表面粗糙，留有局部變形帶等。鋁合金的PLC效應(yīng)在常溫下就會(huì)出現(xiàn)，這嚴(yán)重限制了鋁合金作為性能優(yōu)異金屬在現(xiàn)代化工業(yè)中的大規(guī)模使用，許多學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[6-7]。本文將通過(guò)對(duì)合金塑性變形微觀(guān)物理過(guò)程的蒙特卡羅模擬，研究溫度對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)原子偏聚的影響，為探索合金材料PLC效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理提供一定的借鑒與參考。

1 模擬方法

1.1 模擬單元

本文采用500×500的二維網(wǎng)格單元，如圖1所示，單元內(nèi)隨機(jī)分布一定數(shù)量的正、負(fù)刃型位錯(cuò)及兩類(lèi)溶質(zhì)原子，并隨機(jī)分配位錯(cuò)的伯格斯矢量b為+1或-1。初始條件下，位錯(cuò)與溶質(zhì)原子相對(duì)均勻地隨機(jī)分布于整個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)一定的外加條件，研究位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)行為及其演化過(guò)程。

1.2 假設(shè)條件

考慮到三元合金塑性變形的實(shí)際復(fù)雜性，本文對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化和假設(shè)：(1)由于位錯(cuò)攀移的困難性及復(fù)雜性，本文只考慮位錯(cuò)在滑移面上的滑移；(2)采用優(yōu)化的周期邊界條件：位錯(cuò)穿過(guò)單元邊界時(shí)，為了保證單元系統(tǒng)能量的穩(wěn)定性及模擬單元的普適性，位錯(cuò)帶著其周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的溶質(zhì)原子一起穿界；……