大会2015集单晶铜塑性变形位错动力学模拟研究

中国工程物理总体工程，绵阳：：带n方程时，计算位错密度时的晶体体积VhS，h为晶体高度，S为滑移面面积，λτλτAbδgSτozxhγbNhS

晶体发生塑性变形即是物质点发生了相应的位移，如果在位错动计算出位错运动所引起的物质点位移，即可模拟晶体的塑性变形。根据晶体发生塑性变形的物理机制(图1所示)应变取决于位错在晶体中的空间位置，而与位错所受作用力无关发生塑性变形时质点发生的位移也只与位错的空间位置相关错所受作用力无关为此，在本模型中，将应力与应变处理分离，晶体塑性应变直接由位错空间位置变化来计算。这样MuRU 图如图2()所示，滑移面上的位错段B滑移到′，滑移面上被位错段扫过的物质点R必然移动一个柏氏矢量到′，而滑移面下方的物质点都不发生位移。这种跳跃非连续的位移正是位移滑移的特征，滑移面可动一侧任意物质点为S

NiFMR00i

ii MRMi

1 i

MRi式中i和M′i分别表示点和i点在移动前后间的距离。当位错线完整地扫过整个滑移面，即所有的点都移动一个柏氏矢量，那么点也必然移动一个柏氏矢量。因此点必须描述整个滑移面区域，为此可将滑移面的边界点作为本模型仍沿用一般位错动力学模型的方法，滑移面采用平面来描述。如图ARBBNξυαARBBNξυαR这两种变形形貌实际上是滑移面演化所留下的轨迹。为了描述这两种变每一个滑移面都用两个可弯折的平面来描述位错扫出晶体后所形成的变形轨迹。如图4()所示，面为位错滑移面，其边界点为面为滑移面可动一侧的轨迹面，其边界点为面为滑移面不可动一侧的轨迹面，其边界点为面来描述的。而这两个面在塑性变形过程中的变化是由其边界点和图4(d所示。需注意的是图4(d)中的线可以是晶体的几何构型线轨迹线这样可以模拟两相交滑移面形成的形貌。U

LLMβb MβαRγ0.36nm，柏氏矢量模b0.256nm，材料密度ρm8960kg/m3，剪切模量分别为x、y、z轴，其尺寸分别为1500a、1500a、5000a载方向为晶体[001]轴加载。设置晶体轴方向较长轴方向上的两个面，这样就可以利用晶体在轴方向上的长度变化来算塑性应变变形参考点为(0,0,0)z轴方向上的长度Z是由轴顶面的四个晶体几何顶点的轴坐标的平均值来计算，因此晶体轴塑性应变Z为 表1所示。除了εz和εO外，还列出了各个滑移面边界点被位错线扫过的次数，可计算位错滑移引起的真实塑性变形εDis。由于所有的柏氏矢量都有z分量，因此当位点的次数（取平均值）就可以计算出位错滑移引起的真实塑性应变εDis。位错单[011][011]Single[101][011][011][101][011][011]变εDis与z轴方向塑性应变εz相一致，误差不超过1%，这表明物质点位移模型真实与z轴塑性应变εZ比较则有明显的差别。只有一个Frank-Read源模拟的εZ大于εO，而4条单臂位错源模拟的εO大于εZ。这种差别是由晶体位错源模拟中，由于(111)面的[101]2与111面的[101]2位错可发生异面湮灭，因晶体中只有一个

0 ofofO-ofO-ofZ-ofZ-43210

图6：单由于变形和加载模式的影响，三种加载下的位错密度演化也不相同，如图为了模拟晶体有滑移面时的变形形貌，避免模拟得到的应力f加载情况，位错密度则逐渐增大。这是因为在屈服后，位错稳定演化，而滑移面有效面积逐渐增大，因此滑移面内的位错线而使位错密度更大。而-fr加载的则介于两者之间这是因为一方面滑移面有效面积增大使位错密度增大，另一方面由于出现软件现象，应力减小，位错线曲率也减小，使滑移面上的位错面密度也相应减小，因此也介于Dfm加和-875

0 ofO-ofO-ofZ-ofZ-sticstic4 2

同的结果。只有一个d位错源的晶体，在加载后由于滑移面有效面积减小，使得ra塑性应变率偏小，从而使材料出现不真实的硬化现象。4条单臂位错源压缩模拟，获得了与试验相一致的变形形貌，其中塑性变形使位错源钉扎点发生位移而引起滑移带变宽压缩时由于滑移面有效面积增大，因此rn方程计算得到的塑性应变率偏大，从而引起材料出现不真实的软化现象。模拟结果表明晶体的非连续塑性变形会影响位错演化从而学行为连续性的r方不适用于描述非连续变形时的塑性变形。参考文献UchicMD,DimidukDM,FlorandoJN,NixWD,Sampledimensionsinfluencestrengthandcrystalsticity,Science,2004,305:986-989BasinskiZS,PascualR,BasinskiSJ,Lowamplitudefatigueofcoppersinglecrystals-I.Theroleofthesurfaceinfatiguefailure,ActaMetall,1983,31(4):MughrabiH,Introductiontotheviewpointseton:surfaceeffectsincyclicdeformationandfatigue,ScrMetallMater,1992,26(10):1499–1504ArztE,DehmG,GumbschP,KraftO,WeissD.,Interfacecontrolledsticityinmetals:dispersionhardeningandthinfilmdeformation,ProgMaterSci,2001,46(3–4):283–307GreerJR,OliverWC,NixWD,Sizedependenceofmechanicalpropertiesofgoldatthemicronscaleintheabsenceofstraingradients,ActaMater,2005,53(6):DimidukDM,UchicMD,ParthasarathyTA,Size-affectedsingle-slipbehaviorofpurenickelmicrocrystals,ActaMater,2005,53:4065–4077ZhouCaizhi,BinerSBulent,LeSarRichard,Discretedislocationdynamicssimulationsofsticityatsmallscales,ActaMater,2010,58:1565–1577ZhouCaizhi,BeyerleinIreneJ,LeSarRichard,sticdeformationmechanismsoffccsinglecrystalsatsmallscales,ActaMater,2011,59:7673–7682SengerJ,WeygandD,MotzC,GumbschP,KraftO,Aspectratioandstochasticeffectsinthesticityofuniformlyloadedmicrometer-sizedspecimens,ActaMater,2011,59:2937–2947ZbibHM,RubiaTD,Amultiscalemodelofsticity,IntJ sticity,2002,18:AkarapuS,ZbibHM,BahrDF,ysisofheterogeneousdeformationanddislocationdynamicsinsinglecrystalmicropillarsundercompression,IntJsticity,2010,26:239-LiuZ,LiuX,ZhuangZ,YouX,Amulti-scalecomputationalmodelofcrystalsticityatsubmicron-to-nanometerscales,IntJsticity,2009.25(8):1436-GaoY,ZhuangZ,LiuZL,YouXC,ZhaoXC,ZhangZH,Investigationsofpipe-diffusion-baseddislocationclimbbydiscretedislocationdynamics,IntJsticity,2011,27(7):1055-KramerDE,SavageMF,LevineLE,AFMobservationsofslipbanddevelopmentinAlsinglecrystals,ActaMater,2005,53:4655-4664El-AwadyJA,UchicMD,ShadePA,KimS-L,RaoSI,DimidukDMandwoodwardC,Pre-strainingeffectsonthepower-lawscalingofsize-dependentstrengtheninginNisinglecrystals,ScriptaMater,2013,68:207-210 sticDeformationofSingleCopperCrystalSimulatedbyDislocationDynamicsYuYong,YanShun-,WangHu-yi,ZhaoFeng-InstituteofSystemsEngineering,AcademyofEngineeringPhysics,MianyangWhensinglecrystalisintheconditionofsticity,disdeformationisconcentratedonthelocalsilpbands.Basedondislocationdynamcstheory,adiscredislocationdynamicsmodelisintroducedtosimulateslipbandsofsinglecrystalunderuniaxialcompression.Inthemodel,thediscementofmaterialpointsiscouplingtotheslipmentofdislocationandtheslipnes'areaisallowedtochangewhendislocationslipoutofslipne.Withincreasingthecompression,onedisloctionslipsoutofslipnecontinuelyandbroadensthestepinslipne,alsocausesdislocationsourcesuperslipnemoved.Dislocationwithmovedsourceslipsoutofslipnemakesstepthicken.Resultsalsoindica