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022Cr17Ni12Mo2合金钢冲击载荷下的塑性行为位错动力学研究.pdf

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摘要

摘要

022Cr17Ni12Mo2合金钢是一种奥氏体不锈钢,因其添加Mo元素,使其具有耐

腐蚀性和高温强度,在高温下仍然能保持其优良的物理性。同时022Cr17Ni12Mo2合

金钢因其良好的强度和耐腐蚀性而被广泛用作工业仪器中。但是除了高强度之外,工

程材料同时还需要良好的塑性和韧性,以防止在维修过程中产生断裂事故等隐患,

022Cr17Ni12Mo2合金钢的低塑性在一定程度上限制了其在许多先进技术中的应用。

因此,本文针对022Cr17Ni12Mo2合金钢冲击载荷下的塑性行为位错动力学进行研究。

首先,采用MD方法建立022Cr17Ni12Mo2合金钢多晶模型,选择合适的系综及

其势函数进行模型弛豫,并采用DDD方法建立位错高应变模型。

其次,通过分子动力学模拟的方法在原子尺度上研究022Cr17Ni12Mo2合金钢在

不同冲击速度下的动态力学响应和微观结构演化。结果表明,当冲击速度大于0.5km/s

时,材料内出现塑性波,发生塑性变形的主要原因是冲击载荷超过了材料的Hugoniot

弹性极限,此时微观结构的变形是由位错的成核和滑移控制。当冲击速度大于

0.75km/s时,同时存在弹性波和塑性波,开始出现较多的位错结和LC锁,位错运动

受到限制,塑性降低。当冲击速度大于1.5km/s时,由于剪应力急剧增加,激活了更

多滑移系,使位错增殖,塑性增强。且由于Mo元素的分布使晶界更加稳定,影响材

料的塑性变形。这项工作对于深入了解022Cr17Ni12Mo2合金钢在冲击载荷作用下的

对材料强度与韧性的增强和失效机理具有重要的指导意义。

最后,在中长尺度上用位错动力学方法研究022Cr17Ni12Mo2合金钢在高应变高

温等条件下的可塑性。对于SHPB的动态冲击实验下的样品,通过TEM、HRTEM和

EBSD的表征下观察到样品内部出现了高密度的位错不均匀分布,同时存在较多的变

形孪晶和L-C锁。通过仿真和实验的对比分析后,从位错的交叉滑移机制出发,

022Cr17Ni12Mo2合金钢在高应变率下高频率的激活滑移系,位错倍增促使应变硬化

速率增加。且在相同应变率下的塑性变形主要受激活的初始位错的控制。在高温条件

下,剪切应力和临界分辨剪切应力根据位错增殖发生改变,随着温度升高进入到应变

硬化的第二阶段,交叉滑移被激活开始湮灭吸收位错,导致该阶段初始温度与位错密

度的上升速率成反比,应变硬化速率随着初始温度的升高而增大。同时本文在假设不

同初始位错的情况下,分析在超高应变率下存在无关应变率的屈服应力阻碍位错的运

动。模型预测结果与实验基本一致,为研究022Cr17Ni12Mo2合金钢在极端环境中提

供了参考。

关键词:022Cr17Ni12Mo2合金钢动态冲击塑性变形位错位错密度

I

Abstract

Abstract

022Cr17Ni12Mo2alloysteelisakindofausteniticstainlesssteel,becausetheadded

Moelementleadstothecorrosionresistanceandhightemperaturestrength,andmakesit

stillkeepitsexcellentphysicalpropertiesathightemperature.022Cr17Ni12Mo2alloysteel

isalsowidelyusedinindustrialinstrumentsbecauseofitsgoodstrengthandcorrosion

resistance.However,inadditiontohighstrength,engineeringmaterialsalsoneedgood

plasticityandtoughnesstopreventhi

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