晶內(nèi)納米孔洞對(duì)γ-TiAl多晶拉伸變形影響的MD模擬.pdf

1、γ-TiAl基合金密度小，熔點(diǎn)高，具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和耐腐蝕性能，是一種很有潛力的廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域的高溫結(jié)構(gòu)材料；但是其室溫脆性以及低斷裂韌性一直未能得到有效的改善。在γ-TiAl基合金的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，因冷熱加工過(guò)程、溫度和載荷的改變及其它因素的作用，合金內(nèi)部的薄弱地方容易產(chǎn)生微孔洞。微孔洞的長(zhǎng)大與聚合是造成合金失效的主要原因之一。因而，研究納米孔洞對(duì)γ-TiAl基合金力學(xué)性能的影響十分必要，有利于深入探討γ-TiAl

2、基合金室溫脆性及低斷裂韌性的改善途徑。對(duì)于納米材料，實(shí)驗(yàn)往往無(wú)法明確的觀測(cè)其微觀組織演化過(guò)程；以分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法為代表的原子模擬，通過(guò)求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程得到各個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)材料微觀組織的動(dòng)態(tài)跟蹤，是一種行之有效的計(jì)算機(jī)輔助的材料研究手段。
　　本文采用 MD方法研究單孔洞、雙孔洞以及孔洞位置和數(shù)量不同時(shí)，晶內(nèi)納米孔洞對(duì)γ-TiAl多晶拉伸變形的影響。通過(guò)γ-TiAl多晶低溫拉伸變形中的微觀組織演化分析，從原子尺度揭

3、示含晶內(nèi)納米孔洞γ-TiAl多晶的塑性變形和斷裂機(jī)制。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)含晶內(nèi)孔洞γ-TiAl多晶的塑性變形方式均為位錯(cuò)在晶界處的形核，并且在三岔晶界處最先有位錯(cuò)形核。隨孔洞半徑(R)的增大和孔洞數(shù)量的增加，位錯(cuò)發(fā)射越來(lái)越領(lǐng)先，表明孔洞的存在有利于位錯(cuò)的形核。
　　(2)含單孔洞γ-TiAl多晶的拉伸變形模擬中，在完整晶胞的中心位置(晶粒1內(nèi))和邊界位置(晶粒2內(nèi))分別構(gòu)建不同尺寸的球形孔洞?？锥次恢脤?duì)γ-TiA

4、l多晶的塑性及斷裂行為有著顯著的影響。晶粒1內(nèi)含單孔洞的γ-TiAl多晶，R較小時(shí)，多晶體系的應(yīng)力峰值比完整多晶低，但斷裂韌性得到提高，產(chǎn)生一定的增塑作用，且當(dāng)R=0.2nm時(shí)塑性最好；R＜1nm時(shí)，斷裂機(jī)制為沿晶斷裂；當(dāng)R≥1nm時(shí)，斷裂機(jī)制為孔洞的長(zhǎng)大、破裂。晶粒2內(nèi)含單孔洞的γ-TiAl多晶，隨著R的增大，多晶晶胞的應(yīng)力峰值逐漸增高，應(yīng)力峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變依次增大，也說(shuō)明其塑性得到改善。R＜1.5nm時(shí)，多晶表現(xiàn)為沿晶斷裂；R增加到