γ-TiAl合金微裂紋擴展的研究.pdf

1、裂紋的失穩(wěn)擴展是導致材料失效的直接原因，因此其擴展過程引起了學者們廣泛的研究。從微觀層面上講，裂紋擴展的根本原因是原子鍵的斷裂，而原子鍵斷裂會引起材料微觀結(jié)構(gòu)的變化，如空位和孔洞的形成、位錯形核、微裂紋形核擴展等，這些變化無法通過實驗的方法直接觀察到，因此需要借助于計算機模擬。通過對裂紋擴展的模擬得出其內(nèi)在機理，從而為材料的設(shè)計提供理論性指導。本文采用分子動力學方法，對單晶γ-TiAl合金在單向加載和循環(huán)加載作用下的變形過程進行了研究，

2、并探討了其在不同微裂紋角度、不同應(yīng)變比以及不同加載方向的力學性能和變形機理。研究結(jié)果表明：
　　1.當微裂紋與加載方向成0°、45°和90°夾角時，觀察應(yīng)力–應(yīng)變曲線可知，其彈性模量相同，說明夾角對彈性變形沒有影響，然而材料的強度極限隨著夾角的增大而減小。通過對裂紋擴展過程中原子圖的觀察可以發(fā)現(xiàn)，不同夾角時其塑性變形過程不同，例如層錯的形成時間不同、層錯密度不同等，另外，夾角對材料失效所需時間也有一定的影響。
　　2.當應(yīng)變

3、比從0.5到0.9變化時，疲勞裂紋會在不同的時刻開始擴展，應(yīng)變比越大，裂紋開始擴展所需時間越短，然而在不同應(yīng)變比作用下，其裂紋擴展方式基本相同，即裂紋均以解理方式開始擴展，隨后無序區(qū)域形成，裂紋通過驅(qū)動力驅(qū)動無序區(qū)域?qū)崿F(xiàn)擴展，最后裂紋以子–母裂紋傳播機制進行擴展，不同的是裂紋擴展方式的變化發(fā)生在不同的時刻。在塑性變形過程中，位錯在不同應(yīng)變比作用下滑移時會有不同的點缺陷形成，并且疲勞裂紋擴展中內(nèi)稟堆垛層錯在不同周期內(nèi)形成且其密度沿不同密排

4、面變化。
　　3.當加載方向分別沿[010]和[001]晶向時，材料表現(xiàn)出不同的變形機制。通過對比應(yīng)力–應(yīng)變曲線可以發(fā)現(xiàn)，沿[010]晶向加載時的彈性模量小于沿[001]晶向加載時的彈性模量。在塑性變形過程中，沿[010]晶向加載時有位錯的發(fā)射，并且位錯在滑移過程中有空位等點缺陷的形成，而沿[001]晶向單向拉伸時，裂紋擴展前期無位錯發(fā)射，后期才有位錯從裂尖被發(fā)射，且滑移時無點缺陷形成。在循環(huán)載荷作用下，沿不同晶向加載所對應(yīng)的塑性