Ti-Al合金相變行為與拉伸變形行為的分子動力學模擬.pdf

1、鈦合金是二十一世紀重要的結構材料之一，其以比重小、比強度高、耐腐蝕性好等優(yōu)異性能被廣泛應用于航空航天、車輛船舶、生物醫(yī)藥等領域，成為材料領域的一個新的研究熱點。材料的微觀組織和綜合力學性能密切相關，鈦合金通常通過合金化、熱處理以及熱變形三種手段來調控材料微觀組織使得合金的各項性能達到合適的匹配關系。隨著近年來計算機技術的迅速發(fā)展，計算模擬已成為材料研究領域一種重要的研究手段。而分子動力學以其可以獲得常規(guī)實驗研究手段中無法得到的微觀結構演

2、變細節(jié)，而成為計算模擬中一種直觀有效的模擬方法。
　　 為了研究Ti-Al合金相變過程與變形過程中的微觀機制，本文基于嵌入法原子間作用勢，在原子尺度上對兩種低Al含量Ti-Al合金的β→α相變行為以及拉伸變形行為進行了分子動力學模擬，比較分析了不同Al含量下相變過程的體系內(nèi)能、徑向分布函數(shù)、不同晶體結構相對含量的變化以及晶體結構的演化，通過應力-應變、晶體結構分析等手段對Ti-Al合金拉伸變形過程中不同應變條件對變形行為的影響以

3、及Ti-Al合金微觀變形機制進行了研究，主要從以下兩個方面展開分析討論:
　　 (1)Ti-Al合金的β→α相變?yōu)榍凶兿嘧?，通過{110}β原子層間的相互滑移發(fā)生，并伴隨一定畸變，α新相與β母相之間呈現(xiàn)出{0001}α||{110}β的晶體學關系，與實際相變行為吻合;與Ti-5Al相比，Ti-10Al中的α相形核析出過程更容易發(fā)生，這體現(xiàn)出實際相變過程中Al作為α相穩(wěn)定元素的作用;在相變過程中，晶體中容易出現(xiàn)層錯、孿晶界等晶體缺

4、陷，以消除部分因相變過程中發(fā)生畸變而引起的應力。
　　 (2)模擬中Ti-Al合金的拉伸過程與宏觀材料相似，均經(jīng)歷彈性變形階段和塑性變形階段，并出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。在彈性變形階段，應力-應變曲線變化趨勢依然符合虎克定律;進入塑性變形時，其應力-應變曲線會出現(xiàn)一個突降，并具有較高的屈服強度。在進入塑性變形階段后，出現(xiàn)較大波動，這與微觀變形機制緊密相關。納米桿的塑性變形機制主要為(0001)面滑移系以及{10(1)2}＜10(1)1＞孿晶