TiAl基合金以其低密度、高比強度、高比模量、良好的阻燃能力、抗氧化性及抗蠕變性能,且在高溫下能夠保持比較高的比強度和比剛度,在航天、航空、船舶及汽車等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用的前景。目前,通過實驗、模擬計算等手段對TiAl基金屬間化合物的力學(xué)性能研究方興未艾,以分子動力學(xué)為代表的模擬方法能有效地開展塑性變形和斷裂行為的原子尺度的探索研究。本研究以γ-TiAl基合金為研究對象,建立平均晶粒尺寸為8 nm的完整多晶以及含球形雙孔洞多晶的分子動力學(xué)模擬晶胞,進行單軸拉伸變形模擬,通過分析拉伸中的應(yīng)力應(yīng)變曲線,觀察其原子構(gòu)型的動態(tài)演變,研究微孔洞對γ-TiAl基合金塑性變形的微觀影響機制及孔洞與晶界的動態(tài)交互作用。主要研究內(nèi)容如下:完整多晶拉伸中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈典型的彈塑性特征。原子構(gòu)型演變表明,當應(yīng)變小于0.043時,晶界發(fā)生部分嚴重扭曲,但并未發(fā)生位錯形核,晶界滑動為其塑性變形的主要變形機制;達到應(yīng)力峰值后,三岔晶界處首先發(fā)射位錯,且位錯從晶界向晶粒內(nèi)擴展。位錯的形核和滑移發(fā)生在晶界滑動之后,表明拉伸變形初期的晶界運動為位錯發(fā)射提供了位向和切應(yīng)力條件;從而塑性變形進入位錯滑移的主導(dǎo)階段。隨著拉伸...

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 金屬材料的塑性變形及斷裂行為
        1.1.1 位錯
        1.1.2 晶界
        1.1.3 斷裂的微觀機制
    1.2 孔洞對材料力學(xué)性能影響的研究進展
    1.3 多尺度模擬方法
    1.4 分子動力學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用
    1.5 γ-TiAl基合金的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的研究進展
    1.6 本文研究主要內(nèi)容及目的
第2章 分子動力學(xué)模擬技術(shù)
    2.1 分子動力學(xué)模擬的基本原理
        2.1.1 積分算法
        2.1.2 原子間的相互作用勢
        2.1.3 系綜
        2.1.4 邊界條件
        2.1.5 溫度和壓力的控制
    2.2 多晶晶胞構(gòu)建方法—Voronoi算法
    2.3 分子動力學(xué)模擬軟件與可視化軟件介紹
第3章 γ-TiAl多晶拉伸變形中位錯演變和斷裂分析
    3.1 γ-TiAl多晶模型的構(gòu)建與拉伸模擬過程
        3.1.1 模型的建立
        3.1.2 拉伸模擬過程
    3.2 模擬結(jié)果與討論
        3.2.1 拉伸變形中的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線
        3.2.2 拉伸中的原子構(gòu)型演變
        3.2.3 位錯演變過程
        3.2.4 斷裂分析
    3.3 與現(xiàn)有實驗及模擬結(jié)果對比分析
        3.3.1 塑性變形機制
        3.3.2 位錯演變過程
        3.3.3 斷裂分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 含孔洞γ-TiAl多晶孔洞與晶界作用及斷裂分析
    4.1 含孔洞模型的構(gòu)建及模擬過程
    4.2 含孔洞多晶晶胞拉伸過程中應(yīng)力應(yīng)變曲線
    4.3 γ-TiAl多晶拉伸變形中孔洞與晶界的交互作用
        4.3.1 孔間距D=3.3nm、半徑R=1nm時的原子構(gòu)型演變
        4.3.2 孔間距D=3.3nm、半徑R=0.5nm時的原子構(gòu)型演變
        4.3.3 孔間距D=1.5nm、半徑R=0.5nm時的原子構(gòu)型演變
        4.3.4 不同孔半徑及孔間距的多晶γ-TiAl多晶拉伸變形比較
    4.4 含孔洞的γ-TiAl多晶拉伸變形中的斷裂行為
        4.4.1 含孔洞與完整γ-TiAl多晶拉伸變形中的斷裂行為
        4.4.2 孔間距D=3.3nm、半徑R=0.5nm的γ-TiAl多晶拉伸變形中的斷裂行為
        4.4.3 孔間距D=1.5nm、半徑R=0.5nm的γ-TiAl多晶拉伸變形中的斷裂行為
    4.5 典型位錯的形核及擴展過程
    4.6 與現(xiàn)有實驗及模擬結(jié)果對比分析
        4.6.1 位錯形核位置
        4.6.2 裂紋形核位置與擴展情況
    4.7 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
致謝
附錄 科研成果及參與項目情況



本文編號：3792504