用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法技术

本发明专利技术属于金属材料热处理技术理论研究领域，公开了一种用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法，从模拟位错最为广泛接受的Peierls‑Nabarro数值模型出发，计算出纯镁滑移面上下两层原子的位移矢量和应变场，其结果可与基于量子力学密度泛函理论的第一原理计算结果相比拟；并进一步结合第一原理计算的溶质原子与广义层错(GSF)的化学相互作用及与基底的体积和扭转相互作用，应用Fermi‑Dirak统计分布得出溶质原子在位错上的偏聚情况；同时可以运用相关方法计算出溶质原子在均匀分布和偏聚状态下对合金材料固溶体位错结构和力学性能的影响。

A method for calculating dislocation structure and mechanical properties of solid solution alloy materials

The invention belongs to the field of metal materials and heat treatment technology theory, discloses a computational method for the solution of dislocation structure and mechanical properties of the alloy material in the body, starting from the Peierls Nabarro dislocation simulation numerical model is widely accepted, calculate the pure magnesium slip surface layer under the two atom displacement vector and strain field as a result, can be compared with the results of first principle density functional theory based on quantum mechanics to be; and further combined with solute atoms and the generalized stacking fault (GSF) of the first principle calculation of chemical interaction with the substrate and the volume and the torsional interaction, the application of Fermi Dirak distribution that segregation of solute atom at the same time; can use correlation method to calculate the effect of solute atoms in the uniform distribution and segregation state of solid solution alloy structure and mechanical properties of the wrong position .

【技术实现步骤摘要】
用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法
本专利技术属于金属材料热处理技术理论研究领域，尤其涉及一种用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法。
技术介绍
在位错研究领域，国外软件代码无疑占据绝对的统治地位。国外早期对固溶体位错的研究是基于弹性位错理论，但在严重畸变位错芯区只能采用常数势阱来代替，忽略了位错芯区的结构特征，不能描述溶质原子在位错芯区的分布状况，而现代合金技术要求精确掌握溶质原子在位错芯区的偏聚，以便进一步研究诸如析出相成核，位错脱钉扎、孪晶形核等重要的物理现象。因此，弹性位错理论显然不适合现代合金技术发展的要求。最近的研究方法是直接用基于密度泛函的第一原理计算的溶质原子与位错的相互作用来研究固溶体位错。但该方法由于一次计算只能确定溶质原子替换一个晶格位置的基底原子时的偏析能，计算量巨大，需要消耗大量的计算资源，并且通常计算也非常复杂，对人员的素质要求很高，培训期长，使得其计算效率非常低。因此，有人加以改进，提出了用简便方法来考虑位错与溶质原子的相互作用，即分为两个部分考虑——化学相互作用和尺寸相互作用并分别加以近似计算。其结果几乎与第一原理的计算结果是相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法，其特征在于，所述用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法从模拟位错最为广泛接受的Peierls‑Nabarro数值模型计算出滑移面上下原子位移矢量和应变场；结合第一原理计算的溶质原子与广义层错的化学相互作用及基底的体积和扭转相互作用，应用Fermi‑Dirak统计分布得出溶质原子在位错上的偏聚情况；运用相关方法计算出溶质原子在均匀分布和偏聚状态下对合金材料固溶体位错结构和力学性能的影响。

【技术特征摘要】
1.一种用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法，其特征在于，所述用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法从模拟位错最为广泛接受的Peierls-Nabarro数值模型计算出滑移面上下原子位移矢量和应变场；结合第一原理计算的溶质原子与广义层错的化学相互作用及基底的体积和扭转相互作用，应用Fermi-Dirak统计分布得出溶质原子在位错上的偏聚情况；运用相关方法计算出溶质原子在均匀分布和偏聚状态下对合金材料固溶体位错结构和力学性能的影响。2.如权利要求1所述的用于计算固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法，其特征在于，所述用于分析固溶体合金材料中位错结构和力学性能的方法包括：改进的二维Peierls-Nabarro位错模型；位错线总能量ET由滑移面上下两部分弹性应变能Eel，滑移面上错排能EA，以及溶质原子与位错的总相互作用能Eint三部分构成，ET＝Eel+EA+Eint；位错线总能量是滑移面上下面错配度u(η)的泛函数，满足边界条件u(-∞)＝0和u(∞)＝b；其中η是滑移面上垂直于位错线方向ξ的矢量，滑移面上下两部分弹性应变能Eel表示为：其中n,l为整数，q＝[e,s]表示位错的刃/螺型分量；分别是位错错配度值、位错半宽度和分位错的位置参数；R是位错连续弹性解的径向截断半径；Stroh张量是对角化的，对于各向同性矩阵中的不为0的元素为[H11,H22,H33]＝1/(4π)[Kedge,Kscrew,Kedge]；其中Kedge、Kscrew分别是刃、螺型分量能量常参数，依赖于基底的弹性性能；位移矢量uq(η)设为拟函数：对于连续体的连续滑移，原子错排能EA通过对错排能密度积分来进行计算，而错排能密度通常的做法是从广义层错能面γ[u(η)]＝γ[ue(η),us(η)]获得：二维广义层错能面可以利用倒空间傅里叶级数展开：其中x和y分别为某个滑移面上相互垂直方向，面心立方fcc为和六角密排结构hcp为和和q＝2π/a分别为倒空间中基本矢量长度，其中a为原胞边长...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡头文，陈东初，张敏，许石秀，谭新君，林家进，朱勇，谭新辉，曹建平，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44