【摘要】：鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)異的高溫力學特性,現已被廣泛用于航空發(fā)動機和燃氣渦輪發(fā)動機的葉片材料。由于鎳基單晶高溫合金化學成分和結構特性的原一。因,γ/γ'相界面性質在高溫下具顯著作用。Y/Y'相界面也是裂紋擴展的主要因素之Ni3Al相是鎳基單晶高溫合金重要的強化相,對高溫合金的力學特性有重要影響。諸如Re、Ru、Mo、W、Ta等合金化元素的摻入,可有效提高鎳基高溫合金Y/γ'相界面的力學強度,改善高溫合金的穩(wěn)定性。本文基于分子動力學方法以及改進的多組元埋置原子(EAM)勢：Ni-Al-X (X= Re、Ru、Co、W),結合第一原理離散變分方法,分析探討了合金化元素對Ni基單晶高溫合金中裂紋擴展的影響。本文研究了不同溫度下(5 K和1273 K)下,合金化元素Re、Ru、Co、W分別對Ni/Ni3Al相界面裂紋擴展的影響。結果表明,Re、Ru和W可能提高材料抗形變能力、具有強化材料的作用。低溫(5 K)下,Re、Ru、W抑制裂尖原子鍵斷裂和裂紋脆性擴展,其中W的作用最明顯；而Co有加重裂紋脆性擴展傾向：高溫下,Re、Ru、W增強裂尖鈍化程度。低溫(5 K)和高溫(1273 K)下,W對Ni/Ni3Al相界面裂紋擴展效應最強。我們闡明了低溫下合金化元素Re、Ru、W使Ni/Ni3Al相界面裂紋擴展速度降低的原因,以及高溫下Re、Ru、Co、W促進裂尖位錯發(fā)射的機理。本文探索了合金化元素Re和W在三種裂紋取向(101)[010]、(010)[001]和(010)[101]對Ni3Al相裂紋脆性斷裂的影響。模擬發(fā)現,合金化元素Re和W具有強化Ni3Al合金效應、提高材料抗形變的能力；Re和W可具有抑制裂紋脆性擴展、促進裂紋愈合的能力,且W的效應強于Re。Re和W均可提高Ni3Al中裂紋擴展所需的臨界斷裂應力,且W效應強于Re。Ni-Re和Ni-W的原子鍵合強度大于Ni-Al鍵強,且Ni-W原子間相互作用最強。
[Abstract]:Nickel-based single-crystal superalloys have been widely used as blade materials for aero-engines and gas turbine engines because of their excellent high temperature mechanical properties. Due to the chemical composition and structural properties of nickel-based single-crystal superalloy. Because the interfacial properties of 緯 / 緯 'phase play a significant role at high temperature. The interface of Y / Y' phase is also the main factor of crack growth. The Ni3Al phase is an important strengthening phase of Nickel-based single crystal superalloy, which has an important effect on the mechanical properties of the superalloy. The addition of alloying elements such as Reu Ru-Mo Mo-Ta can effectively improve the mechanical strength of the Y- / 緯 'phase interface of Ni-base superalloy and improve the stability of the superalloy. Based on the molecular dynamics method and the modified multicomponent buried atom (EAM) potential: Ni-Al-X (X = Re-Ru-CoW) and the first principle discrete variation method, the effect of alloying elements on the crack propagation in Ni-based single crystal superalloy has been investigated. The effect of alloying element Reo Ru-CoW on the crack propagation at the interface of Ni/Ni3Al phase at different temperatures (5 K and 1273 K) has been studied in this paper. The results show that Ru and W may improve the deformation resistance of the materials and have the effect of strengthening the materials. At low temperature (5 K), Reruw inhibited crack tip atomic bond fracture and crack brittleness growth, among which W had the most obvious effect, while Co had a tendency to aggravate crack brittle growth: Reruw enhanced crack tip passivation at high temperature. Low temperature (5 K) and high temperature (1273 K) have the strongest effect on the crack growth of Ni/Ni3Al interface. The causes of the decrease of crack growth rate at the interface of Ni/Ni3Al phase due to the alloying element Reo Ru-W at low temperature and the mechanism of promoting dislocation emission from the crack tip at high temperature have been elucidated. In this paper, the effects of alloying elements re and W on the brittle crack fracture of Ni3Al phase in three crack orientations (101) [010], (010) [001] and (010) [101] have been investigated. It is found that the alloying elements re and W can strengthen the effect of Ni3Al alloy, and improve the deformation resistance of the materials. Re and W can inhibit the crack brittle growth and accelerate the crack healing. The effect of W is stronger than that of Re.Re and W in increasing critical fracture stress of crack propagation in Ni3Al, and W effect is stronger than that of Re.Ni-Re and Ni-W, and the bond strength of Re.Ni-Re and Ni-W is stronger than that of Ni-Al, and the interaction between Ni-W atoms is strongest.
【學位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG132.3

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