李翔 尹益辉 张元章

1) (中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999)

2) (西南科技大学应用技术学院, 绵阳 621010)

为了深入认识α-Fe 中氦泡冲出位错环的微观机制, 有必要研究α-Fe 中氦泡冲出位错环时的极限压强特性.本文建立金属-氦泡的立方体型代表性体积单元模型, 针对8 种不同初始半径的球形氦泡, 以初始氦空位比为变量, 开展分子动力学模拟, 得到了各模型中位错环开始形成时的氦泡极限压强和临界氦空位比.研究结果表明: 对于无量纲半径介于2—10 的氦泡, 冲出位错环时的氦泡极限压强和临界氦空位比均随着氦泡初始半径的增大而非线性减小; 基体中氦泡冲出位错环时的临界氦空位比具有明显的尺寸效应; 初始时刻(0 ps),在经过立方体型模型中心的横截面上, 氦泡周围Fe 原子阵列的剪应力集中和最大剪应力出现在对角线与氦泡边界交点(即45°)处, 并且关于横截面上平行于边的两条对折线对称分布, 剪应力集中区的范围和最大剪应力均随着初始氦空位比的增大而增大; 位错环冲出方向对应最大剪应力方向.本文的研究加深了对金属中氦泡物理特性的认识, 为后续分析氦泡对材料宏观物理和力学性质的影响奠定了有益的基础.

1 引 言

核反应堆中第一壁和储氚压力容器是核工业中典型的涉氚涉氦结构.被引入到金属材料中的氦, 几乎不溶于金属基体材料, 会在金属材料中聚集, 形成纳米级的氦泡, 从而引起氦效应, 如使……