钒及钒铁合金的多缺陷演化和损伤机制研究

钒及钒系合金具有优良的高温力学性能和良好的辐照稳定性，被广泛应用于航空航天、核工业等重要工业领域，是本世纪具有重要应用前景的高温金属材料。本项目拟采用分子动力学方法，研究具有初始辐照损伤的钒和钒铁合金在不同应变率载荷作用下内部多缺陷的动态演化规律和损伤机制；考虑温度效应的影响，探讨微结构演化对材料力学性能的影响，在原子尺度上对材料的变形机制进行深入探讨。采用霍普金森杆技术对金属钒及钒铁合金试件进行不同应变率的加载试验，配合高分辨率的扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对材料内部的缺陷进行不同尺度上的观测，结合分子动力学模拟的结果深入认识金属钒及钒铁合金中多缺陷之间的相互作用机制和损伤机理，为钒及钒系合金材料的应用提供理论基础和实验依据。

本项目采用分子动力学方法，研究了复杂应力作用下单晶钒和双晶钒中辐照损伤的缺陷演化规律。研究结果表明辐照后的缺陷原子数随着预应变的增加而增加，但在拉压应变作用下的缺陷演化机制不同，这是由于预应变对晶体晶格产生畸变，故使辐照后的缺陷损伤状态各不相同，从而也对拉伸载荷下的位错滑移机制产生了不同的塑性变形机制。在预应变作用下晶界对辐照缺陷原子团簇有阻碍吸收作用，故晶界附近聚集了大量的缺陷原子团簇，所以晶界的存在对于有助于加强材料的抗辐射能力性能具有重要作用。针对各种复杂应变状态下发生辐照损伤的单晶钒与双晶钒，还研究它们在不同温度、PKA能量和应变率条件下的塑性变形机制，分别给出了在不同加载条件下的流动应力、屈服强度的变化趋势及其位错滑移机制。结果表明单晶钒在不同预应变作用下最大流动应力随着温度、PKA能量、预应变的增加而减小，这是由于能量越大越容易激发位错滑移系，从而更容易发生屈服。双晶钒的最大流动应力随着应变率的增加而增加。与单晶钒相比，双晶钒由于晶界阻碍了位错的滑移扩展，从而提高了材料的塑性流动应力。