CoCrMo合金成分优化和变形机制分子动力学模拟

兰州理工大学学报 ›› 2026, Vol. 52 ›› Issue (3): 1-7.

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CoCrMo合金成分优化和变形机制分子动力学模拟

刘芬霞¹, 贾金凤^*2, 卢苏君³, 任军强⁴, 刘俊钊⁴

1.广西科技师范学院, 广西来宾 545004;
2.兰州信息科技学院, 甘肃兰州 730300;
3.镍钴共伴生资源开发与综合利用全国重点实验室, 甘肃金昌 737100;
4.兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃兰州 730050

收稿日期:2026-01-08 出版日期:2026-06-28 发布日期:2026-06-30
通讯作者: 贾金凤(1985-),女,河南周口人,副教授.Email:lois_jia@126.com
基金资助:
甘肃省高校教师创新基金(2026B-377)

Composition optimization and deformation mechanism of CoCrMo alloy by molecular dynamics simulation

LIU Fen-xia¹, JIA Jin-feng², LU Su-jun³, REN Jun-qiang⁴, LIU Jun-zhao⁴

1. Guangxi Science & Technology Normal University, Laibin 545004, China;
2. Lanzhou College of Information Science and Technology, Lanzhou 730300, China;
3. National Key Laboratory of Ni&Co Associated Minerals Resources Development and Comprehensive Utilization, Jinchang 737100, China;
4. State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Non-ferrous Metals, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China

Received:2026-01-08 Online:2026-06-28 Published:2026-06-30

摘要/Abstract

摘要： 基于分子动力学方法构建了不同组分的CoCrMo合金模型,系统分析了合金成分对层错能和晶格常数的影响,并建立了最优合金的选取标准.结果表明:随着Mo含量的增加,CoCrMo合金的晶格常数呈现单调递增趋势;而当Mo含量恒定时,Cr含量的变化对晶格常数影响不显著.Mo元素含量的增加可显著提高CoCrMo合金的剪切模量,同时降低其内禀型层错能,从而有效改善合金的综合性能.通过成分优化确定的最优组分Co₇₀Cr₂₆Mo₄合金在拉伸过程中表现出以禀型层错、外禀型层错和相变为主的塑性变形机制.

关键词: CoCrMo合金, 成分优化, 分子动力学模拟, 层错

Abstract: Molecular dynamics simulations were employed to construct CoCrMo alloy models with varying compositions, systematically investigating the effects of composition on stacking fault energy and lattice constant.Based on compositional optimization, criteria for selecting the optimal alloy composition were established.The results indicated that the lattice constant of the CoCrMo alloy increases monotonically with Mo content.When Mo content is held constant, variations in Cr content show no significant effect on the lattice constant.Furthermore, increasing Mo content markedly enhances the shear modulus of the alloy while reducing its intrinsic stacking fault energy, thereby improving the overall mechanical performance.The optimized alloy composition, Co₇₀Cr₂₆Mo₄, exhibits a plastic deformation mechanism dominated by intrinsic stacking faults, extrinsic stacking faults, and phase transformation during tensile loading.

Key words: CoCrMo alloy, composition optimization, molecular dynamic simulation, stacking fault

中图分类号:

TG146

刘芬霞, 贾金凤, 卢苏君, 任军强, 刘俊钊. CoCrMo合金成分优化和变形机制分子动力学模拟[J]. 兰州理工大学学报, 2026, 52(3): 1-7.

LIU Fen-xia, JIA Jin-feng, LU Su-jun, REN Jun-qiang, LIU Jun-zhao. Composition optimization and deformation mechanism of CoCrMo alloy by molecular dynamics simulation[J]. Journal of Lanzhou University of Technology, 2026, 52(3): 1-7.

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参考文献

[1] 孙国强,邢长军,姚春发,等.加氮对锻造CoCrMo合金微观组织和力学性能的影响[J].特殊钢,2022,43(1):90-92.
[2] LI H,SONG B,WANG Y,et al.Laser powder bed fusion process optimization of CoCrMo alloy assisted by machine-learning[J].Journal of Materials Research and Technology,2024,33:3901-3910.
[3] ÖGE M,KÜÇÜK Y,ÖGE T Ö,et al.Effect of boriding on high temperature tribological behavior of CoCrMo alloy[J].Tribology International,2023,187:108697.
[4] ATAPOUR M,SANAEI S,WEI Z,et al.In vitro corrosion and biocompatibility behavior of CoCrMo alloy manufactured by laser powder bed fusion parallel and perpendicular to the build direction[J].Electrochimica Acta,2023,445:142059.
[5] GLUDOVATZ B,HOHENWARTER A,THURSTON K V S,et al.Exceptional damage-tolerance of a medium-entropy alloy CrCoNi at cryogenic temperatures[J].Nature Communications,2016,7:10602.
[6] 马秀萍,李超.铸造过热度和热处理对CoCrMo合金显微组织的影响[J].材料工程,2014(3):66-70.
[7] 王庆良,张磊,董建东,等.锻造和铸造CoCrMo合金的摩擦学性能研究[J].徐州工程学院学报(自然科学版),2010,25(3):7-12.
[8] 綦才.医用CoCrMo合金的组织结构和力学性能研究[D].北京:中国石油大学,2021.
[9] WANG Q,ELTIT F,FENG R,et al.Nature of fretting corrosion products in CoCrMo hip implants from in vivo study to in vitro simulation[J].Materialia,2022,22:101433.
[10] RAHMOUNI K,BESNARD A,OULMI K,et al.In vitro corrosion response of CoCrMo and Ti-6Al-4V orthopedic implants with Zr columnar thin films[J].Surface and Coatings Technology,2022,436:128310.
[11] 陈建军.纳米孪晶在镍基高温合金中形成与变形机制的分子动力学模拟研究[D].兰州:兰州理工大学,2023.
[12] LU X,DONG C,GUO X,et al. Effects of grain size and temperature on mechanical properties of nano-polycrystalline Nickel-cobalt alloy[J].Journal of Materials Research and Technology,2020,9(6):13161-13173.
[13] 任军强,邵珊,王启,等.含氧纳米多晶α-Ti拉伸力学性能与变形机制的分子动力学模拟[J].金属学报,2024,60(2):220-230.
[14] 欧阳杰.层错能对镍钴基固溶体合金力学性能的影响及作用机理[D].杭州:浙江大学,2023.
[15] 陈建军,丁雨田,马元俊,等.分子动力学模拟不同层错能单晶Ni及其合金拉伸变形行为[J].稀有金属材料与工程,2023,52(9):3186-3197.
[16] 张哲峰,李克强,蔡拓,等.层错能对面心立方金属形变机制与力学性能的影响[J].金属学报,2023,59(4):467-477.
[17] BARUCCA G,SANTECCHIA G.Structural characterization of biomedical Co-Cr-Mo components produced by direct metal laser sintering[J].Materials Science and Engineering:C,2015,48:263-269.
[18] 边春华,杨伟杰,张维,等.FeCr相与AlCo相在AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层摩擦过程中的作用分析[J].兰州理工大学学报,2023,49(2):9-16.

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[1]	巨江澜, 张朋涛, 王成杰, 李庆林. 轧制变形对医用Zn-2Cu合金微观组织和性能的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2026, 52(2): 1-7.
[2]	黄晓锋, 贺光亮, 陈宣宇, 张鑫涛, 陶伟, 何丹丹. 等温热处理对Mg-xZn-0.3La-0.3Si镁合金组织的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2025, 51(3): 1-8.
[3]	刘庚根, 满蛟, 王庆田, 王俊成, 杨斌. 不同载荷条件下Fe-Ni合金中马氏体相变的相场模拟[J]. 兰州理工大学学报, 2025, 51(2): 8-16.
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[6]	温鸿武, 余伦, 张鹏, 陈绍娟, 李福顺, 韩彦兵. 玻璃粉改性Ni60复合涂层的制备及其摩擦磨损性能[J]. 兰州理工大学学报, 2024, 50(3): 14-20.
[7]	刘建军, 张朋涛, 赵志鑫, 张蛟, 李庆林, 丁雨田. 超声处理对可降解Zn-0.5Sr合金组织及腐蚀性能的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2024, 50(1): 1-9.
[8]	张杰, 张宇, 王平波, 王凯龙, 兰晔峰, 李庆林. 微量Fe、Ni和Ti复合对Al-20Si合金微观组织及其性能的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2023, 49(4): 11-16.
[9]	李常锋, 周琦, 王登辉, 林文斌. 纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能[J]. 兰州理工大学学报, 2022, 48(3): 1-6.
[10]	李亚敏, 张军霞. Cr含量对Fe₃Al合金电子结构及力学性能影响的第一性原理[J]. 兰州理工大学学报, 2022, 48(2): 1-8.
[11]	毕广利, 陈思琦, 姜静, 李元东, 张于胜, 蒋春宏. 滑动摩擦加工挤压Mg-Dy-Ni合金的显微组织、力学及腐蚀性能[J]. 兰州理工大学学报, 2021, 47(4): 13-21.
[12]	宋伟, 李万佳, 俞树荣, 马荣荣. 不同环境介质中TC4合金微动磨损机理研究[J]. 兰州理工大学学报, 2021, 47(4): 26-32.
[13]	李亚敏, 江璐, 刘洪军. Cu含量对γ-Ni相影响的第一性原理[J]. 兰州理工大学学报, 2021, 47(2): 7-12.
[14]	陈剑虹, 肖乐, 陈永庆, 闫英杰, 曹睿. 热等静压保温温度对TC4合金组织及拉伸性能的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2021, 47(1): 1-4.
[15]	刘建军, 吕姝玥, 曾宝根, 兰晔峰, 李庆林. 稀土Y对Al-8%Mn合金微观组织和性能的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2021, 47(1): 11-15.