本文選題：鈮 + γ-TiAl合金　； 參考：《蘭州理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：航空航天領(lǐng)域要求材料具備高強(qiáng)度、低密度、耐高溫、抗氧化等綜合性能。TiAl合金具備優(yōu)良的高溫性能,廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)領(lǐng)域,其發(fā)展呈現(xiàn)多樣化,提高Nb含量,較低Al含量,形成Ti-Al-Nb三元體系是TiAl合金的主要發(fā)展趨勢。提高TiAl基合金比強(qiáng)度、熱變形能力、室溫塑性和抗氧化性的有效手段是加入Nb元素,因此向合金中添加鈮元素成為目前材料工程領(lǐng)域關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。本文在微觀尺度下通過分子動力學(xué)理論研究了Nb在TiAl合金中對裂紋擴(kuò)展的影響。得出的研究結(jié)果如下:(1)研究了單晶γ-TiAl合金與含鈮γ-TiAl合金對裂紋擴(kuò)展的影響。Nb對γ-TiAl性能的影響較大,含有3%Nb和不含Nb的γ-TiAl合金中裂紋擴(kuò)展形式差異很大,加入鈮元素后,在相同的應(yīng)變率條件下,試件的斷裂時(shí)間延長,能量變化曲線有兩個(gè)波峰并且出現(xiàn)明顯上下波動的現(xiàn)象;隨著應(yīng)變增加,應(yīng)力先增大后逐漸減小;裂紋擴(kuò)展緩慢,形成的斷面不平滑,而且裂紋擴(kuò)展的形態(tài)發(fā)生變化。(2)分析了鈮含量對γ-TiAl合金裂紋擴(kuò)展的影響。研究了鈮含量分別在2%,4%,6%,8%的γ-TiAl合金裂紋擴(kuò)展規(guī)律,發(fā)現(xiàn)鈮元素的加入提高了合金的強(qiáng)度、韌塑性;隨著鈮元素含量的增加,單晶γ-TiAl合金原子之間的內(nèi)聚力增加,合金強(qiáng)度增加,說明Nb含量的增加使γ-TiAl合金的延展性增強(qiáng),合金穩(wěn)定性變好。(3)研究了溫度對含鈮γ-TiAl合金裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。分析了四種不同溫度下裂紋擴(kuò)展規(guī)律及相互影響,研究結(jié)果表明:隨著溫度的升高,裂尖發(fā)射位錯(cuò)的頻率越高,裂尖的鈍化程度也越嚴(yán)重,試件的斷裂時(shí)間延長;溫度的升高導(dǎo)致體系的屈服應(yīng)力減小,材料越容易發(fā)生塑性變形;由于塑性變形的發(fā)生阻礙了裂紋向前的擴(kuò)展,裂紋的擴(kuò)展越緩慢。(4)分析了裂紋位置對含鈮γ-TiAl合金裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。研究微觀尺度下裂紋相對位置對3%鈮含量的單晶γ-TiAl合金裂紋擴(kuò)展過程的影響,研究結(jié)果表明:中心裂紋的γ-TiAl合金在其拉伸初始階段,受力并不集中,隨后由于原子鍵的斷裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂紋的擴(kuò)展,因此裂紋要繼續(xù)擴(kuò)展需要克服更大的阻力。裂紋在中心位置和邊界位置對γ-TiAl合金產(chǎn)生的力學(xué)影響不同,邊界裂紋對材料產(chǎn)生斷裂的危害性更大。
[Abstract]:The aerospace field requires the material to have high strength, low density, high temperature resistance, oxidation resistance and other comprehensive properties. Tial alloy has excellent high temperature properties. It is widely used in aviation industry. The formation of Ti-Al-Nb ternary system with lower Al content is the main developing trend of TiAl alloy. The effective means to improve the specific strength, thermal deformation ability, room temperature plasticity and oxidation resistance of TiAl based alloys are to add NB elements into the alloys. Therefore, adding niobium to the alloys has become a hot topic in the field of material engineering. In this paper, the effect of NB on crack growth in TiAl alloy has been studied by molecular dynamics theory at the micro scale. The results obtained are as follows: (1) the effect of single crystal 緯 -TiAl alloy and NB 緯 -TiAl alloy on the crack growth properties of 緯 -TiAl alloy is studied. The effect of NB on the crack growth properties of 緯 -TiAl alloy is larger than that of 緯 -TiAl alloy with or without NB. The crack growth forms of 緯 -TiAl alloy containing 3%Nb and NB are greatly different. Under the same strain rate condition, the fracture time of the specimen is prolonged, and the energy variation curve has two peaks and obviously fluctuates up and down. With the increase of strain, the stress increases first and then decreases gradually, and the crack grows slowly. The effect of niobium content on crack growth of 緯 -TiAl alloy was analyzed. The crack propagation law of 緯 -TiAl alloy with NB content of 2% and 6% is studied. It is found that the addition of niobium improves the strength and ductility of the alloy, and with the increase of niobium content, the cohesion between atoms increases, and the strength of the alloy increases with the increase of niobium content. The results show that the ductility of 緯 -TiAl alloy is enhanced with the increase of NB content, and the stability of 緯 -TiAl alloy is improved. The law of crack propagation and its interaction at four different temperatures are analyzed. The results show that the higher the frequency of the emission dislocation, the more serious the passivation of the crack tip and the longer the fracture time of the specimen with the increase of temperature. The higher the temperature, the smaller the yield stress of the system, and the more likely the plastic deformation of the material is, because the occurrence of plastic deformation hinders the propagation of the crack forward. The slower the crack propagation is, the more the crack growth law of the 緯 -TiAl alloy containing niobium is analyzed. The effect of the relative crack position on the crack propagation process of 3% niobium content single crystal 緯 -TiAl alloy is studied. The results show that the stress of the center cracked 緯 -TiAl alloy is not concentrated during the initial tensile stage. Then because of the fracture of the atom bond the hole is formed and the crack propagation is restrained at the hole position. Therefore the crack growth needs to overcome the greater resistance to continue the crack propagation. The mechanical effect of crack on 緯 -TiAl alloy is different in the center and boundary position, and the boundary crack is more harmful to the fracture of the material.
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 盧敏;余冬海;劉長菊;;[110]、[112]、[111]晶向鎢納米線拉伸微結(jié)構(gòu)演變[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

2 吳石;王東杰;賀新福;賈麗霞;豆艷坤;楊文;;電子輻照條件下高純鐵中位錯(cuò)環(huán)演化的多尺度模擬[J];原子能科學(xué)技術(shù);2017年01期

3 潘俊;胡中波;;吸附在Au(100)、Au(110)和Au(111)表面的CTAB雙分子層的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)的分子模擬（英文）[J];中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào);2017年01期

4 曹卉;芮執(zhí)元;羅德春;付蓉;剡昌鋒;;溫度對單晶γ-TiAl合金裂紋擴(kuò)展的影響的分子動力學(xué)模擬[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2016年04期

5 李俊燁;董坤;王興華;張心明;;顆粒微切削表面創(chuàng)成的分子動力學(xué)仿真研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2016年17期

6 陳亞洲;周留成;何衛(wèi)鋒;羅思海;焦陽;龐澄清;劉鵬;;沖擊加載下純鈦微觀塑性變形的分子動力學(xué)模擬[J];中國激光;2016年08期

7 曹卉;芮執(zhí)元;羅德春;剡昌鋒;陳文科;;加載速率對單晶γ-TiAl裂紋擴(kuò)展影響的分子動力學(xué)模擬[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2016年02期

8 何欣;白清順;白錦軒;;多晶石墨烯拉伸斷裂行為的分子動力學(xué)模擬[J];物理學(xué)報(bào);2016年11期

9 Zhi-Yuan Hou;Yong-Sheng Li;Hao-Jie Mei;Kai Hu;Guang Chen;;Lamellar morphology of directional solidified Ti 45Al 6Nb xW alloys[J];Rare Metals;2016年01期

10 付蓉;芮執(zhí)元;剡昌鋒;羅德春;馮瑞成;;單晶γ-TiAl合金微裂紋擴(kuò)展行為的分子動力學(xué)模擬[J];功能材料;2015年13期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 段獻(xiàn)寶;晶格反演修正型嵌入原子勢函數(shù)理論及應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2015年

2 張敏;高鈮TiAl合金高溫疲勞性能原位研究[D];北京科技大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 趙俊才;合金化對Ti-48Al-2Cr-2Nb合金顯微組織和力學(xué)性能的影響[D];湘潭大學(xué);2015年

2 劉明輝;鋁合金中刃型位錯(cuò)與合金元素相互作用的分子動力學(xué)模擬研究[D];北京有色金屬研究總院;2015年

3 蔡后敏;γ-TiAl合金中孔洞生長與彌合的原子模擬[D];蘭州理工大學(xué);2014年

4 吳晗;高強(qiáng)韌壓鑄鋁鎂合金組織及力學(xué)性能研究[D];華中科技大學(xué);2012年

5 燕云程;含Nb，，RE及Si的TiAl合金方錠的冷坩堝定向凝固[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 林有智;TiAl基金屬間化合物疲勞損傷與斷裂機(jī)理的研究[D];蘭州理工大學(xué);2007年

本文編號：1944747