面心立方晶体中位错交滑移机制的相场模拟研究

Dislocation cross-slip is a fundamental process in plastic deformation, leading to dynamical recovery and pattern formation. Revealing the cross-slip mechanism is critical for understanding the macroscopic behavior. There are two types of interaction during the cross-slip process, one is the short-range core interaction and the other is long-range elastic interaction. However, current studies on cross-slip are mainly carried by approaches without multi-scales, the effects of the two types of interaction on the cross-slip process cannot be considered concurrently, and thus it is unable to reach universal understandings of the cross-slip mechanism. . In Phase-Field Peierls-Nabarro (PFPN) model of dislocation, crystalline energy obtained from first principal calculation is adopted to describe the short-range core interaction, and elastic energy derived from inclusion theory of eigenstrain accounts for the long-range elastic interaction. Thus in this study, we will extend the PFPN model to investigate the cross-slip process in various FCC materials, and evaluate the effects of stress, stacking fault energies and dislocation length on the cross-slip process, clarify the internal and external factors of the cross-slip mechanism, uncover the underlying reasons for the macroscopic behavior induced by cross-slip.

位错交滑移作为塑性变形中的基本过程，是导致材料动态恢复和位错组态形成的关键因素，揭示交滑移的运动机制对理解材料的宏观力学性能具有重要的科学意义。交滑移过程既涉及位错段之间的长程弹性作用也包含位错核芯的短程原子作用，但目前对交滑移的研究主要集中在单一尺度，并不能同时考虑这两种作用对交滑移过程的影响，导致对交滑移的运动机制不能形成统一的认识。. 位错的相场派纳模型能够引入第一性原理计算的晶体能函数来考虑短程原子作用，利用本征应变的相变夹杂理论来考虑外载作用下的长程弹性作用。 故本申请项目拟发展相场派纳模型来研究不同面心立方晶体材料中的交滑移过程，揭示外加应力、层错能参数及位错长度对于交滑移过程的影响,厘清交滑移机制的内外在影响因素，从而深入理解交滑移相关宏观力学行为的内在机理。

位错交滑移作为塑性变形中的基本过程，是导致材料动态恢复和位错组态形成的关键因素，揭示交滑移的运动机制对理解材料的宏观力学性能具有重要的科学意义。交滑移过程既涉及位错段之间的长程弹性作用也包含位错核芯的短程原子作用，但目前对交滑移的研究主要集中在单一尺度，并不能同时考虑这两种作用对交滑移过程的影响，导致对交滑移的运动机制不能形成统一的认识。.通过改进目前的相场派纳模型，有效拓展相场模型来研究位错的非平面结构、作用和运动；利用此模型研究了典型宽层错金属Cu和窄层错金属Ni的交滑移过程，有效给出了Cu的FL交滑移过程和Ni的FE交滑移过程；通过模拟5种不同不稳定层错能的材料的位错交滑移过程，给出了临界应力随稳定层错能的变化，研究层错能参数对与交滑移过程和临界应力条件的影响，给出了不稳定层错能对交滑移有严重影响的结论，补充了之前研究只包含稳定层错能因素的空白；通过模拟金属Cu中位错的三维交滑移过程为例，研究了位错长度对临界交滑移应力的影响，发现交滑移过程并非只有位错弯出控制。此结果揭示了内在原因层错能和外在原因位错长度（尺寸效应）对交滑移的影响规律，并指出设计合金和高熵合金的宏观力学性能时，需要考虑不稳定层错能和晶粒尺寸的优化。