Multi-scale modeling of dislocation-precipitate interactions in Fe: from molecular dynamics to discrete dislocations
晶体中位错的应力驱动运动，以及随后的塑性形变过程，很大程度上受各种点状缺陷如沉淀物或溶质原子的存在或不存在的影响。这些缺陷作为位错运动的障碍，从而影响材料的机械性能。在这里，我们结合分子动力学的研究与三维离散位错动力学模拟，以模拟不同种类的沉淀物和$\frac{1}{2}\langle 1 1 1\rangle$ $\{1 1 0\}$刃位错在BCC铁之间的相互作用。我们已经实现了不动的球形沉淀物的ParaDis离散位错动力学代码，通过高斯势与沉淀物的位错相互作用，产生一个法向力作用在位错段。在离散位错动力学模拟中所使用的参数，沉淀势，位错迁移率，剪切模量和位错核心能量是由分子动力学模拟。我们比较所需的临界应力unpin位错从沉淀物中的分子动力学和离散位错动力学模拟，以适应这两种方法在一起，并讨论了各种相关的钉扎/脱钉机制。
2016-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulations of Basal Dislocations Interacting with Mg$_{17}$Al$_{12}$ Precipitates in Mg
Mg $_{17}$ Al $_{12}$是Mg-Al合金中最主要的析出相，它对Mg-Al合金的力学性能有很大的影响。通过分子动力学和静力学模拟研究了基边和30个$^\text{o}$位错与Mg $_{17}$ Al $_{12}$沉淀的相互作用，改变了沉淀间距（$L$）和沉淀尺寸（$D$）、形状和取向。通过沉淀物阵列的临界分解剪切应力$τ_c$遵循通常的$\ln((1/D + 1/L)^{-1})$比例。在所有情况下，但最小的沉淀物，位错通过沉积在无序的相间边界的位错段，而不是剪切沉淀物或留在沉淀物周围的基质中的奥罗万环的障碍。吸收的位错也通过将位错段吸收到边界中来增加第二位错通过沉淀物所需的应力。用相同尺寸和形状的空隙代替沉淀物降低了临界通过应力和加工硬化贡献，而人工不可渗透的Mg $_{17}$ Al $_{12}$沉淀物增加了两者。这些见解将有助于改善非相干粒子硬化的介观模型。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation assisted coarsening of coherent precipitates: a phase field study
本文使用相场模型研究位错连接的共格析出相粗化，纳入位错弹性场与管道扩散率，发现弹性非均匀性影响形貌动力学且硬析出相粗化更快，并验证了修正Gibbs-Thomson方程的适用性。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Interactions between basal dislocations and $β_1'$ precipitates in Mg-4Zn alloy: mechanisms and strengthening
位错/沉淀相互作用的机制，以及临界分解剪切应力被确定为温度的函数，在Mg-4 wt. % Zn合金的微柱压缩试验。发现当横截面为$>$ 3 x 3 $μ$ m $^2$时，机械性能与微柱尺寸无关。透射电子显微镜显示，变形涉及沉淀物周围的位错弯曲和沉淀物剪切的混合物。初始屈服强度与Orowan模型对沉淀物周围位错弯曲的预测是相容的。然而，沉淀物剪切占主导地位之后，导致形成滑移带，其中的棒状沉淀物转化为球状颗粒，限制了应变硬化。析出物剪切的重要性随温度增加而增加，并且是合金的机械性能从23 ℃降低到100 ℃的原因。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the interaction of basal dislocations with MgZn$_2$ precipitates in Mg alloys
采用新的原子间相互作用势，对Mg边基面位错与棒状$β_1'$ -MgZn $_2$沉淀相的相互作用进行了原子模拟研究。原子模型的建立考虑到了基体和沉淀物之间的取向关系的实验信息，以确保最小的能量界面。发现位错最初通过形成穿透沉淀物的奥罗万环而克服沉淀物。在几个Orowan环堆积后，最终剪切沉淀物。剪切沉淀物所需的环的数量随着沉淀物横截面的减小和温度的升高而减小，但与沉淀物间距无关。结晶剪切没有发生沿定义明确的晶面，但它是由沉淀物中的弹性能的积累，最终导致形成的非晶层下方和上方的滑移面的基底位错触发。通过这种机制在沉淀物中诱导的扭结与透射电子显微镜观察结果非常一致。
2020-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate assemblies formed on dislocation loops in aluminium-silver alloys
本文详细研究了未变形铝银合金中γ'（AlAg_2）相的析出。观察到几个以前未报道的功能，包括形成离散的三维组件，由5-7个沉淀物的故障位错环。沉淀物组装体采用了近似四面体双锥组装体的形态。的堆垛层错的边界缺陷被发现控制额外的沉淀物，这是负责的组装结构的形成，也与这些组件的个别沉淀物的生长特性的成核。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of a dislocation bypassing an impenetrable precipitate: the Hirsch mechanism revisited
利用分子动力学模拟研究了面心立方铜中刃型位错绕过难穿透沉淀相的动力学过程。观察到一种与Orowan机制完全不同的机制，其中位错在沉淀物附近留下两个棱柱环：即Hirsch机制。结果表明，Hirsch机制的临界应力与Orowan应力基本一致，而剪应力的空间不均匀性是Hirsch机制的本质。我们还发现，重复的赫希机制不会增加临界应力。
2006-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of irradiation hardening due to dislocation loops and precipitates in RPV steels and model alloys
在反应堆工作温度为563 K时，基于TEM测量和力学测试，确定了WWER-440和WWER-1000反应堆RPV钢中位错环和富溶质析出物对辐照硬化的相对贡献。循环和沉淀物的钉扎强度因子的评估示出要远低于那些获得的模型合金的基础上的室温测试，以及那些通过原子模拟在300至600 K的温度范围内的评估。这种差异的解释框架中的热激活位错运动的模型，它考虑到在原子模拟和力学测试中采用的温度和应变速率的差异。
2014-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modelling of precipitation hardening in Al-Cu alloys: dislocation dynamics simulations and experimental validation
采用离散位错动力学模拟方法分析了含有均匀弥散分布$θ'$析出相的Al-Cu合金中位错/析出相相互作用的机制。模拟是在离散-连续方法的框架内进行的，并且沉淀物被假设为位错不可穿透。确定的位错/沉淀物的相互作用（弹性失配，无应力转变应变，位错迁移率和交叉滑移率）的主要参数，从原子模拟，而沉淀物的尺寸，形状，空间分布和体积分数从透射电子显微镜获得。预测的临界分解剪切应力（包括固溶体的贡献）是一致的实验结果，通过压缩试验获得的微柱的Al-Cu合金取向为单滑移。模拟结果表明，合金的沉淀硬化最重要的贡献是由无应力相变应变，其次是固溶硬化和Orowan机制，由于弓出周围的沉淀位错。
2020-02-08 cond-mat.mtrl-sci
A discrete dislocation dynamics study of precipitate bypass mechanisms in nickel-based superalloys
镍基超合金中的有序强化与位错绕过分布在$γ$基体中的$γ'$沉淀物所需的额外应力有关。已经确定了多种旁路机制，随着操作条件从低/中温和高应力状态向高温和低应力状态的变化，各种剪切和Orowan成环过程让位于爬升旁路。当反相边界（APB）剪切和Orowan循环机制操作时，旁路机制随着颗粒尺寸的增加和在宽的共存尺寸窗口内从剪切变为循环。另一种有间接实验证据支持的可能性是，第三种“混合”过渡机制可能起作用。本文利用离散位错动力学（DDD）模拟研究了镍基高温合金中的位错旁路机制。我们发展了一种新的方法来计算DDD模拟中的广义层错力。我们用这种方法来研究旁路的一个正方形的球形$γ'$沉淀物的$a/2\langle110\rangle\{111\}$刃位错的机制，作为沉淀物的体积分数和尺寸的函数。我们表明，混合机制是可能的，它作为一个过渡机制之间的剪切和循环制度在很大范围内的沉淀物的体积分数和半径。我们还考虑了一个$γ/γ'$晶格失配的旁路机制，我们近似根据Eshelby的夹杂理论计算的额外的沉淀应力的影响。我们发现，在剪切和混合循环剪切制度，晶格失配一般会导致旁路应力增加。对于足够高的晶格失配，旁路应力由沉淀物的出口侧上的拖尾位错的钉扎控制。
2021-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate assemblies formed on dislocation loops in aluminium-silver-copper alloys
研究了铝-银-铜合金中γ'（AlAg_2）金属间化合物相的析出组织。组织在Al-0.90at.% Ag-0.90at.% Cu合金与报道的二元Al-Ag合金相比有显著差异。基体和沉淀物之间的取向关系没有改变，但γ'相以二维开放聚集体的形式形成。每个这样的组件包含γ'相的两个变体，其交替排列以形成有小平面的椭圆单元。进一步时效后，在这些组件上形成了θ'（Al 2Cu）相。γ'沉淀物的刻面椭圆形组装形态此前尚未报道。沉淀行为的变化是由于铜修改的淬火缺陷结构的矩阵。这种沉淀形态澄清了早期对铝-银-铜合金的沉淀物数密度和机械性能的观察。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-ledge coupling governs semicoherent precipitate growth
Tsinghua University（清华大学）；The University of Osaka（大阪大学）；McGill University（麦吉尔大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
研究揭示半相干析出相生长的动能缺陷过程，通过位错-ledge耦合机制解释其各向异性动力学及形态选择。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation strengthening as a collective multi-dislocation phenomenon
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
通过大规模原子模拟，发现沉淀强化源于多错位同时相互作用，超越传统切割-弯曲二分法，建立新机制框架。
2026-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Size-Dependent Power Laws for Edge Dislocations in Nickel Superalloys: A Molecular Dynamics Study
本文利用分子动力学模拟研究了镍高温合金中刃型位错运动的临界分切应力尺寸效应，发现CRSS对γ'析出相体积分数呈双区域幂律依赖，并归结为CRSS对析出相长度的线性关系，临界转变尺度为成对位错总核心宽度。
2025-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Intragranular nucleation of tetrahedral precipitates and discontinuous precipitation in Cu-5wt%Ag
已知在CuAg合金中发生连续和不连续沉淀。用原子探针层析和透射电镜研究了Cu-5%wtAg合金在440 $^\circ$ C时效30 '后富Ag相的析出。观察到连续和不连续形成的沉淀物。位于晶粒内部的沉淀物呈现出两种不同的小平面形状：四面体和片状沉淀物。也证明了在两相之间的界面处存在容纳高失配的位错。基于这些实验观察，我们研究了这些位错对成核势垒的热力学效应，并表明这些奇特的形状是由于界面各向异性。适当数量的错配位错使弹性应力松弛并导致能量有利的沉淀。然而，由于母相和沉淀相之间的大的失配，对于CuAg合金经常报道的不连续沉淀可以是转化过饱和固溶体的较低能量路径。我们认为空位团的存在可能有助于晶内形核，
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modelling of the morphology and spatial distribution of θ' precipitates in Al-Cu alloys
基于相场模型，建立了Al-Cu合金高温时效过程中θ'相均匀和非均匀形成的多尺度模拟方法。模型参数，确定不同的能量贡献（化学自由能，界面能，晶格参数，弹性常数）从计算热力学数据库或从第一原理密度泛函理论和分子静力学模拟。在此基础上，采用相场模型对θ'相的演化和平衡形态进行了三维模拟。该模型能够再现取向关系为（001）θ '//（001）α和[100] θ'//[100]α的片状θ'沉淀物在均匀形核和位错上的非均匀形核过程中不同取向变体的演化，从而导致沉淀物阵列的形成。位错应力场和与θ'相形核相关的无应力相变应变之间的相互作用能触发了预先存在的位错上的异质形核。此外，控制析出相的形态和平衡长径比的演变的机制被确定。多尺度模型的预测结果与实验数据吻合较好。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Cluster dynamics modeling of Mn-Ni-Si precipitates in ferritic-martensitic steel under irradiation
Mn-Ni-Si沉淀物（MNSP）是核反应堆用结构合金辐照诱发硬化和脆化的主要原因。研究表明，在9-Cr铁素体-马氏体（F-M）合金，如T91中的MNSP的沉淀，是强烈相关的位错上的异质成核，与辐射诱导的溶质偏析这些汇。因此，重要的是要建立先进的预测模型，在F-M合金在辐照下的Mn-Ni-Si沉淀的基础上了解的潜在机制。在这里，我们使用一个集团动力学模型，其中包括位错的多重影响，研究MNSPs在商业F-M合金T91的演变。模型预测值由400 °C质子辐照实验数据校准。辐射诱导的溶质偏析位错的连续模型，集成到集群动力学模拟，包括作为异质形核网站的位错的影响进行评估。结果表明，MNSPs在T91主要是辐射诱导，特别是，异质形核和辐射诱导的位错偏析是必要的，以合理化的实验观察。
2017-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Silver segregation to θ' (Al2Cu)-Al interfaces in Al-Cu-Ag alloys
用高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）观察了Al-Cu-Ag合金中θ'（Al 2Cu）析出相。沉淀物在位错环上形核，位错环上存在γ'（AlAg 2）沉淀物聚集体。这些位错环在θ'沉淀之前富集银。铝基体和θ'沉淀物之间的共格平面界面被两个原子层厚的银层装饰。这一层降低了Al-θ'界面能的化学成分。θ'相的横向生长伴随着银双层的扩展，导致相邻γ'相的银损失，并导致γ'相聚集体的劣化。
2012-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Plastic yielding and deformation bursts in the presence of disorder from coherent precipitates
通常将金属与其他元素合金化以提高材料的强度或硬度。一个关键的微观机制是沉淀硬化，沉淀物阻碍位错运动，但在确定集体位错动力学的性质，这些障碍的作用仍有待理解。在这里，FCC单晶的三维离散位错动力学模拟进行完全相干的球形沉淀物从零沉淀物密度高达$ρ_p = 10^{21}\,\text{m}^{-3}$和在各种位错沉淀物相互作用强度。当位错-沉淀物相互作用不起主要作用时，屈服定性为纯晶体，即，以“位错堵塞”为主，导致玻璃态位错动力学在任何应力值下都表现出临界特征。我们证明，增加沉淀物密度和/或位错沉淀物的相互作用强度创建一个真正的屈服或位错组件脱钉过渡，临界屈服应力。这在准静态地增加外部应力时观察到的位错雪崩的统计中是清楚可见的，并且也表现在系统对恒定施加应力的响应中。根据培根-科克斯-斯卡特古德关系讨论了析出物屈服的标度。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Multi-scale Modeling of Plasticity Nearby Precipitates in Nanostructured Materials
沉淀强化是设计具有所需强度和延展性组合的合金的最有效方法之一。强化的主要机制通常是位错和沉淀物之间的相互作用。当位错遇到沉淀物时，它弯曲，因此对沉淀物施加的应力水平增加。一旦施加的应力达到沉淀物阻力，它就通过沉淀物。位错可以通过形成奥罗万环或切割它们来绕过沉淀物。在这项研究中，重点是设置在一个小的区域附近的析出物，调查他们的有效塑性应变的影响。可穿透和不可穿透的沉淀物都被考虑。两个尺度耦合来模拟这种现象，纳米-微米尺度的塑性是由明确的三维离散位错动力学分析和连续尺度的有限元方法。利用这种混合方法，可以解决纳米结构材料的塑性形变中的复杂问题。最后，研究了有效塑性应变与抗析出性能的关系。
2018-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-controlled phase growth on dislocations
本文讨论溶质原子在螺位错周围的扩散问题。特别是，我们表示和解决的扩散方程，在径向对称，在一个弹性场的螺旋位错的磁通量守恒边界条件的界面上的一个新的阶段。本文研究了在螺位错应力场作用下生长的非共格第二相沉淀物。在空间维度d=2和d=3中评估作为过饱和度和应变能参数的函数的第二相生长速率。我们的计算表明，位错力的振幅的增加，例如，伯格斯矢量的大小，增强合金中的第二相生长。此外，在位错的弹性场的存在下，过饱和度的沉淀物的尺寸的关系进行了计算。
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the low precipitation hardening in magnesium alloys
本研究通过EBSD滑移迹线分析和透射电镜实验，揭示镁合金低沉淀硬化源于基面位错易剪切或断裂沉淀相，且高温下变形模式影响交互作用。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Exsolution of oxygen impurity from diamond lattice and formation of pressurized CO2-I precipitates
本研究利用TEM和断层扫描技术，揭示了金刚石晶格中氧杂质出溶形成高压CO2-I相沉淀物的现象，并发现其形态与P-T-t演化及氧过饱和度相关。
2023-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of dislocation/precipitation interactions in Mg-Al alloys and implications for precipitation hardening
采用原子模拟方法研究了Mg-Al合金中$< a>$位错与析出相的相互作用及其强化机制。
2018-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Enabling microstructural changes of FCC/BCC alloys in 2D dislocation dynamics
降维过程是根据不同条件（如辐射、高温或压力）引发的缺陷几何性质的变化来表示二维位错动力学中的缺陷的配方。在本研究中，这一过程被扩展到包括进一步的功能，特别关注面心立方/体心立方合金用于不同的工程目的的缺陷的存在。为了在二维位错动力学计算单元上反映合金的微观组织状态，对每种缺陷采用相应的强度和线间距，实现了多类型缺陷在滑移线上的分布。此外，设置简单的递归增量关系来计算沉淀物上的循环累积。在滑移线上刃位错运动受到连续阻力的情况下，引入了摩擦力的表达式，考察了摩擦力对屈服强度的贡献。通过使用关于平面应变变形条件下的缺陷性质和晶粒尺寸的实验信息，将每个新性质独立地应用于不同的材料：对于预时效和热处理的铜-铬-锆中的沉淀物粗化，钽-2.5钨中的内摩擦，和混合硬化，由于存在的沉淀物和棱柱形环在辐照氧化物弥散强化EUROFER与0.3%氧化钇。
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Shearing Mechanisms of Co-Precipitates in IN718
镍基高温合金718是航空航天工业和陆基涡轮机中最广泛使用的涡轮机材料。虽然加工和所得性能之间的关系是众所周知的，但需要了解在其应用温度范围内激活的特定变形机制，以创建更精确的机械性能模型。采用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜进行直接原子尺度成像观察，并辅以基于密度泛函理论的广义堆垛层错表面计算的相场模型，以了解$γ''$和$γ'/γ''$共沉淀物在较低温度（环境温度和$427 °C$）下1 \%宏观应变后的剪切过程。实验上，在$γ''$中观察到本征堆垛层错，而发现$γ'$表现出反相边界或超晶格本征堆垛层错。此外，发现共沉淀物中原子级平坦的$γ'/γ''$界面在剪切后表现出偏移，这可以用作变形事件的示踪剂。相场模拟结果表明，由于${γ''}$相的晶体对称性较低，断层构造的发展取决于$a/2 \langle110\rangle$基体位错（或位错群）的Burgers矢量的方向。$γ'$和$γ''$相之间的相互作用导致共沉淀物的独特变形途径并增加剪切阻力。模拟结果与实验结果一致，表明在低温变形区存在复杂的剪切机制，在同一滑移面上可能存在多个不平行Burgers矢量的$a/2 \langle110\rangle$位错。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
An atomistic investigation of the interaction of dislocations with Guinier-Preston zones in Al-Cu alloys
用原子模拟方法研究了Al-Cu合金中刃型位错与Guinier-Preston区的相互作用。用分子静力学、分子动力学和轻推弹性带方法计算了不同的热力学函数，这些函数决定了位错滑移的障碍物的特征。结果发现，Guinier-Preston区被位错剪切，并且位错克服沉淀物的速率由激活能$ΔU$控制，与谐波过渡态理论的假设一致。此外，熵对亥姆霍兹活化自由能的贡献在1.3-1.8 $k_b$的范围内，这可以与固体的典型振动熵相关联。最后，作为温度的函数的初始剪切流应力的估计进行了从由原子模拟提供的热力学数据。与实验结果的比较表明，随机的沉淀分布和位错的字符和位错/沉淀取向的影响，必须考虑到在模拟中，以更好地再现实验。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening from dislocation restructuring and local climb at platelet linear complexions in Al-Cu alloys
本研究通过原子模拟揭示Al-Cu合金中片状线性界面相诱导位错刻面化与局部攀移的新型脱钉强化机制，并建立临界剪切应力与有效析出相间距的反比关系。
2024-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate strengthening of pyramidal slip in Mg-Zn alloys
Mg-4wt. %的机械性能在23 ℃和100 ℃下，用微柱压缩法测量了Zn合金单晶沿[0001]取向的生长。固溶处理合金以基底滑移为主，而沉淀硬化合金以锥体滑移为主。金字塔位错通过形成奥罗万环穿过沉淀物，导致均匀变形和强烈硬化。Orowan模型的屈服应力的预测与实验数据是合理的协议。垂直于基面的棒状析出物的存在导致Mg的塑性各向异性的强烈降低。
2020-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of energetics and structures of heterophase interfaces: from coherent to semicoherent interfaces
采用密度泛函理论计算了共格和半共格TiC/Fe界面的结构和能量。本文提出了一种确定具有错配位错网络的半共格界面能的系统方法。得到的界面能被用来计算的盘状沉淀物的纵横比，并与实验结果达到定量一致。基于所获得的界面能和原子结构的细节，我们提出了用于描述的界面能的演变相对于TiC沉淀物的尺寸为异质形核的刃型位错的模型，揭示沉淀物的形核和生长的热力学。本方法可以容易地应用于金属与氧化物/碳化物/氮化物之间的任何异相界面。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics in Ni-based superalloys: Parameterising dislocation trajectories from atomistic simulations
本研究利用纯镍分子动力学轨迹，通过 DE-MC 方法标定带不确定性的位错运动方程参数，为镍基高温合金变形代理模型奠定基础。
2024-03-01 cond-mat.mtrl-sci
The effect of size and distribution of rod-shaped β' precipitates on the strength and ductility of a Mg-Zn alloy
本文定量研究了Mg-Zn合金中β'相的尺寸和分布对强度和塑性的影响。尽管沉淀强化对于镁合金的实际应用至关重要，但本研究首次系统地研究了控制变形对沉淀物尺寸分布以及由此产生的镁合金强度和延展性的影响。采用预时效变形，通过非均匀形核获得不同分布的棒状β'析出相。挤压合金以获得织构，从而避免形成孪晶，从而确保位错是主要的成核位点。预时效应变细化了沉淀相的长度和直径，平均长度从440 nm减小到60 nm，直径从14 nm减小到9 nm。从显微照片中测量颗粒间距，并表明沉淀物分布中存在一些不均匀性。合金的屈服应力从273 MPa提高到309 MPa。屈服应力线性增加的倒数颗粒间的间距的函数，但在一个较低的速率比Orowan强化预测。预时效变形也导致延展性的显著损失（从17%至6%的伸长率）。在失败和均匀伸长率的真实应变表现出与颗粒间距的线性关系，在协议的非变形障碍物周围的位错的积累模型。与未变形的材料相比，经受3%预时效变形的样品显示出显著增加的时效响应;然而，额外的变形（至5%应变）仅导致沉淀物分布和机械性能的适度变化。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate-Induced Dynamic Strain Aging and Its Effect on the Strain Rate Sensitivity of Precipitation Hardened Aluminum Alloys
Cornell University（康奈尔大学）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
通过原子模拟、动能蒙特卡洛和分析速率理论研究析出诱导动态应变时效，揭示析出强化铝合金中低应变率敏感性的机理。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermally-activated precipitation strengthening
基于位错理论建立热激活沉淀强化模型，揭示剪切与绕过机制的竞争及温度、体积分数等因素对强化行为的影响，为材料设计提供指导。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
On the early stages of precipitation during direct ageing of Alloy 718
镍基高温合金718在航空发动机中用作高压涡轮盘，必须承受高温屈服强度、抗蠕变和抗氧化性的挑战性要求。通常在二重态和三重态共沉淀物形态中发现的纳米级$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物在这些苛刻的操作条件下提供高温强度。合金718的直接时效是一种有吸引力的替代制造路线，已知通过保持高位错密度和改变纳米级共沉淀物形态，将650 $^°$ C下的屈服强度增加至少+10 $\%$。然而，在直接老化过程中$γ^{\prime}$和$γ^{\prime \prime}$的二重态和三重态共沉淀物形态的详细成核和生长机制仍然未知。我们提供了一个相关的高分辨率显微镜的方法，使用透射电子显微镜，高角度环形暗场成像，和原子探针显微镜，以揭示在直接时效合金718沉淀的早期阶段。定量体视学分析的$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀分散体，以及它们的化学成分，使我们能够提出一个定性模型的微观结构的演变。结果表明，细小的$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物均匀形核并相干生长。然而，$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物也在位错上非均匀地成核，并且由于Nb管扩散而经历加速生长。此外，共沉淀反应在很大程度上受溶质可用性和富集Nb和排斥Al+Ti的潜力的影响。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Self-organized defect-phases along dislocations in irradiated alloys
Department of Materials Science and Engineering, The Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 材料科学与工程系，格雷格纳工程学院）
研究离子辐照下位错线上析出物的非平衡偏析形成的图案化现象，通过晶格动力学蒙特卡洛模拟揭示了溶质在位错上的输运竞争对自组织纳米结构稳定性的贡献。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
On the segregation of Re at dislocations in the γ' phase of Ni-based single crystal superalloys
我们报告了Re和Mo偏析的证据（高达2.6at.% 1 at.%）在750°C和800 MPa的外加应力下蠕变变形后，第二代Ni基单晶高温合金中的γ'沉淀物内部的位错与Cr和Co一起发生了变化。观察到的偏析效应可以通过桥接跨γ/γ'界面的溶质分配行为和沿位错线核心的管道扩散机制来合理化。这种理解可以提供新的见解，从而改进合金设计。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the impact of Ti/Al on L12 nanoprecipitation and deformation behavior in CoNiFeAlTi multi-principal element alloys through atomistic simulations
通过混合MD/MC模拟研究CoNiFeAlTi多主元合金中Ti/Al对L12纳米析出的影响，发现析出提高层错能和屈服强度，位错剪切4-8nm析出物增强强度并保持延展性。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Driven Chromium Precipitation in Fe-9Cr Binary Alloy: A Positron Lifetime Study
用正电子寿命研究了初始热处理对Fe-9 Cr合金高温固溶区Cr反常析出的影响。空气淬火样品与预先存在的位错表现出不同的退火阶段，在800和1100 K之间的正电子寿命对应于铬沉淀。在此阶段，透射电子显微镜显示平均尺寸为4 nm的细沉淀物，分散在整个样品中，并且从EDS分析发现它们是富Cr的。位错的存在被认为是负责铬沉淀。
2011-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Crystalline Nanoprecipitates on Shear-Band Propagation in Cu-Zr Based Metallic Glasses
结合高分辨率TEM成像和分子动力学计算机模拟研究了Cu-Zr基金属玻璃中剪切带与纳米沉淀物的相互作用。我们的研究结果揭示了不同的相互作用机制：剪切带可以溶解沉淀物，可以包裹在结晶障碍物周围，或者可以根据沉淀物的大小和密度被阻挡。如果结晶相具有低屈服强度，我们还观察到通过沉淀物的滑移转移。基于计算结果和实验结果，提出了一个定性的机制图，分类的各种过程作为位错成核的临界应力，沉淀物的大小和距离的函数。
2016-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced strain rate sensitivity due to platelet linear complexions in Al-Cu
本文通过原子模拟研究Al-Cu中片晶线性复合结构，发现位错需先攀移才能滑移，导致其强度应变速率敏感性比经典析出强化机制高最多五倍。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Bayesian optimization of discrete dislocation plasticity of two-dimensional precipitation hardened crystals
发现材料的微观结构与力学性能之间的关系是材料科学的一个重要目标。在这里，我们概述了一种策略，利用贝叶斯优化有效地搜索多维空间的微观结构，这里定义的沉淀物（固定杂质或夹杂物作为位错运动的障碍）的尺寸分布在一个简单的二维离散位错动力学模型。目的是设计优化给定机械性能的微结构，例如，最大化对于给定应变的剪应力的期望值。找到最佳的离散化形状的分布的问题涉及到一个规范的约束，我们发现，采样空间的可能的解决方案应该以一种特定的方式，以避免收敛问题。为此，我们提出了一个通用的数学方法，可以用来产生试验解决方案，同时强制执行欧几里德范数约束随机一致。平等和不平等的约束。一个简单的技术，然后可以用来转换之间的欧几里德和其他勒贝格$p$ -范数（1-范数，特别是）的约束表示。考虑到不同的位错沉淀相互作用的潜力，我们证明了算法的最优解的收敛性，并讨论其可能的扩展到更复杂和现实的情况下，三维位错系统，也可以考虑沉淀物形状的优化。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Plate-like precipitate effects on plasticity of Al-Cu alloys at micrometer to submicrometer scales
现代机电系统的不断小型化要求全面了解金属材料在微米和亚微米尺度下的力学性能。在这些尺度下，位错介导的塑性的性质发生根本性变化：亚微米金属样品表现出高屈服强度，但伴随着有害的间歇性应变波动，影响成形过程并危及结构稳定性。本文通过微柱压缩试验研究了片状$θ^\prime$ -Al $_2$ Cu析出相对Al-Cu合金强度、塑性波动和变形机制的影响。板状沉淀物的直径与Al-Cu微柱的外部尺寸相当。我们的研究结果表明，这些板状析出物可以强化材料和抑制塑性波动有效地在大样品尺寸（$\geq 3 μm$）。然而，平均场钉扎景观在较小尺度上的崩溃削弱了其驯服效果的不稳定性。在允许沉淀物穿过整个柱的样品尺寸的中间范围内，观察到增强的表观应变硬化和急动性的急剧降低，与沿着共格$θ^\prime$ -Al $_2$ Cu沉淀物/ $α$ -Al基体界面和沉淀物剪切的{100}-滑移痕迹的存在相关。这些复杂的影响板状沉淀物塑性分析，实验和理论上，鉴于外部和内部尺寸之间的干扰，以及相关的修改的基本塑性机制。
2019-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Studies of Dislocations in CdTe Crystals from a New Bond Order Potential
Cd 1-xZnxTe（CZT）晶体是辐射探测的主要半导体材料，但探测器级材料的高成本限制了其应用。高晶体成本主要是由导致低制造产率的性质不均匀性引起的。虽然过去已经做出了巨大的努力来减少CZT中的Te夹杂物/沉淀物，但这并没有导致材料性能均匀性的预期改善。除Te粒子外，位错胞也会引起电场扰动和相关的性质不均匀性。因此，材料的进一步改进需要理解和控制CZT晶体中的位错。在这里，我们使用最近开发的CZT键级势进行代表性的分子动力学模拟，以研究CdTe中29种不同类型的可能位错的构型、能量和迁移率（即，x = 1）晶体。本文将探索一种有效的方法来推导热激活位错运动的激活自由能和激活体积。我们的重点是深入了解材料中的重要位错，并为改善CZT晶体中位错网络结构的实验工作提供指导。
2012-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of mesoscopic precipitate lattices in phase separating alloys under external load
我们调查，通过三维原子的计算机模拟，在合金的相分离下的外部负载。圆柱形沉淀物的规则的二维阵列，形成介观沉淀物晶格，在施加拉伸应力的情况下通过介观晶格缺陷的移动而演变。在“介观位错”的运动中发现了与普通晶体惊人的相似之处，但也观察到了新的机制。点缺陷，如“介观空位”或“介观空位”，通过沉淀物的合并和分裂而局部产生或消除。当系统受到压缩应力，我们观察到堆垛层错的介观一维阵列的板状沉淀。
2000-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Micromechanics reveal strain rate dependent transition between dislocation mechanisms in a dual phase high entropy alloy
通过微柱压缩和微观表征，研究了双相NiCoCrFeGa高熵合金中位错机制随应变速率的转变，并揭示富Cr析出物对整体强度的显著影响。
2024-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Linear complexions directly modify dislocation motion in face-centered cubic alloys
线性络合物是在位错存在下形成的缺陷相，因此有希望用于直接控制塑性。在这项研究中，原子模拟被用来模拟线性复杂的影响，基于位错的机制，塑性，表现出独特的行为，不同于经典的位错滑移机制。线性复合物赋予更高的电阻的位错运动的开始和继续相比，在这里研究的所有的面心立方合金的固溶体强化，与确定的线性复合物类型的确切的强化水平。堆垛层错线性复杂性赋予最显着的强化效果，作为位错核心是离域的，和启动的塑性流动需要一个位错成核事件。纳米颗粒和血小板阵列线性络合物通过充当位错的钉扎位点而赋予强化，其中位错通过弯曲机制一次一个地解除钉扎。对于纳米颗粒阵列，即使障碍物不穿过滑移面，而是仅通过修改位错的应力场而相互作用，也会发生这种情况。在目前的工作中观察到的弯曲模式出现类似于传统的奥罗文弯曲周围的经典沉淀物，但在一些重要的方式取决于肤色类型不同。作为一个整体，这项研究表明，线性复杂的微观结构工程，可以允许创建新的塑性形变机制和极端强度的合金是一个独特的工具。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and mechanical properties of copper precipitates in alpha-iron from atomistic simulations
在过去的几十年里，Fe-Cu系统由于其作为Cu钢的模型合金的技术重要性而引起了人们的广泛关注。尽管这些努力，它的相图的几个方面仍然无法解释。在这里，我们使用原子模拟表征的多晶型相图的Cu沉淀物在体心立方（BCC）Fe和建立一个一致的联系，其热力学和机械性能的热稳定性，形状和强度。Cu沉淀物从BCC转变为紧密堆积的9 R结构的尺寸被发现强烈地依赖于温度，从200 K时的直径约4 nm（~ 2，700原子）到700 K时的直径约8 nm（~ 22，800原子）。这些数字与Monzen等人给出的实验数据的解释非常一致。A 80，711（2000）]。强烈的温度依赖性源于BCC Cu的熵稳定，其作为体相是机械不稳定的。在高温下，相变呈现一阶特性，而在温度低于约300 K时，滞后和成核势垒消失。这种行为解释的核心和壳（润湿层）区域的BCC和9 R纳米沉淀物之间的能量差的相互抵消，分别。所提出的机制并不特定于Fe-Cu系统，但通常可以在不混溶系统中观察到，只要少数组分在主体基质的晶格结构中不稳定即可。最后，我们还研究了作为结构和取向的函数的沉淀物与螺位错的相互作用。结果提供了一个连贯的图片沉淀强度，统一以前的计算和实验观察。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Shear Melting and High Temperature Embrittlement: Theory and Application to Machining Titanium
我们表明，与稀土金属（REM）合金化可以显着提高一系列钛合金的可加工性，即使REM是不纳入合金基体。其机制是在切削下，形成剪切带，在剪切带内REM的纳米沉淀物被剪切混合。这降低了熔点，使得变形机制从位错机制变为局部非晶化和剪切软化。然后材料沿着薄的非晶剪切带断裂。在剪切带外，REM以沉淀物形式存在。新合金具有与传统材料相似的机械性能和生物相容性。
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale Nucleation and Growth Pathway of Complex Plate-like Precipitates in Aluminum Alloys
本文通过理论计算揭示铝合金中复杂板状析出相遵循层间滑移+原子重排的形核生长机制，识别出基本结构转变单元并提出与实验吻合的演化路径，为高性能铝合金设计提供理论依据。
2024-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultrastrong and ductile CoNiMoAl medium-entropy alloys enabled by L12 nanoprecipitate-induced multiple deformation mechanisms
本文通过系统调节Al含量设计新型Co-Ni-Mo-Al中熵合金，利用L12析出相诱导层错、超位错对和纳米孪晶等多重变形机制，实现强度与延展性的优异协同。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Isotope Trapping in Al-Cu Binary Alloys
研究了Al-XCu（0.0at. % <X <3.5原子%）使用热脱附光谱（TDS）、电导率和差示扫描量热法研究合金。用恒定升温速率TDS测定了微结构陷阱能和占位率。除了文献中报道的纯Al中的捕获状态（间隙晶格位点、位错和空位）之外，还观察到由于Al-Cu金属间化合物沉淀物引起的捕获位点。该沉淀陷阱的结合能为（$18\pm3$）kJ $\cdot$ mol $^{-1}$（$0.19 \pm 0.03$ eV）。该阱的典型占有率高;对于Al-2.6at. %在200 ° C下用130 MPa D $_2$充入Cu（Cu组成与AA 2219中的相当）68天后，存在约0.5%的Cu（Cu组成与AA 2219中的相当）。每摩尔Al有$3.15\times10^{-7}$摩尔D结合到沉淀物捕集器上，占带电样品中D的三分之一。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
On identifying dynamic length scales in crystal plasticity
该研究利用含与不含球形析出物的三维离散位错动力学模拟开展最弱环分析，揭示位错雪崩的动态长度尺度及其对晶体塑性连续介质建模的影响。
2024-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary diffusion in severely deformed Al-based alloy
研究了大变形铝基AA5024合金的晶界扩散行为。通过等通道角处理和热处理相结合来制备不同的状态，并采用放射性同位素$^{57}$ Co作为给定晶界状态的灵敏探针。利用其在室温（320 K）附近的扩散速率，定量分析了剧烈塑性形变、晶界变形修正态的形成、界面溶质偏聚、变形后位错含量的增加以及析出行为对晶界输运现象的影响。利用密度泛函理论和Eshelby模型对纳米Al $_3$ Sc基沉淀物的主导效应进行了研究。
2017-01-24 cond-mat.mtrl-sci
