發(fā)布時間：2020-04-14 07:29

【摘要】：TiAl合金室溫塑性差、850℃以上抗氧化性不足和裂紋擴(kuò)展速率高的缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,而加入Nb有助于解決這一難題。Ti-Al-Nb三元體系已成為TiAl合金的主要發(fā)展趨勢,合金化元素Nb對TiAl合金性能的影響研究已成為目前材料工程領(lǐng)域廣泛關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。本文采用分子動力學(xué)方法從微觀尺度模擬了單軸拉伸加載下Nb替位方式及原子比濃度對TiAl合金裂紋擴(kuò)展過程的影響,研究結(jié)果如下:(1)研究了Nb的不同替位方式對γ-TiAl合金裂紋擴(kuò)展的影響。通過對預(yù)制了邊界裂紋的無Nb體系、Nb替位Al體系、Nb替位Ti體系模型進(jìn)行單軸拉伸加載,分析不同體系的模型在模擬過程中的裂紋擴(kuò)展及位錯演變過程,繪制應(yīng)力-應(yīng)變、能量、原子結(jié)構(gòu)數(shù)目、徑向分布函數(shù)變化曲線。表明:無論何種替位方式,Nb與近鄰基體原子之間的相互作用都要強(qiáng)于替位前Ti-Al原子間的相互作用,會增強(qiáng)摻雜的Nb原子與TiAl合金中基體原子間的成鍵和結(jié)合強(qiáng)度,提高晶胞的鍵強(qiáng)度,增強(qiáng)周圍原子間的鍵合力和內(nèi)聚力,使裂尖區(qū)原子結(jié)合緊密,進(jìn)而使裂紋尖端鈍化,裂紋擴(kuò)展速率減慢,裂紋擴(kuò)展路徑改變,合金的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性增強(qiáng)。替位Ti體系比替位Al體系具有更高的屈服強(qiáng)度,替位Al體系比替位Ti體系發(fā)生的晶格畸變程度嚴(yán)重,位錯密度較大,具有更高的斷裂韌性。(2)研究了替位Ti體系中不同Nb原子比濃度對單晶γ-TiAl合金裂紋擴(kuò)展的影響。表明:Nb原子比濃度增大,塑性階段應(yīng)力減小緩慢,點(diǎn)陣畸變積累效應(yīng)和原子間內(nèi)聚力增強(qiáng),導(dǎo)致Nb周圍應(yīng)力場增加,波峰應(yīng)力值增加,裂紋擴(kuò)展速率減小。在0%~6%原子比濃度范圍內(nèi),Nb濃度的提高有助于增強(qiáng)γ-TiAl合金的屈服強(qiáng)度和延展性。(3)裂紋的擴(kuò)展過程可分為彈性階段和塑性階段。彈性階段主要是在無位錯區(qū)中原子鍵的斷裂,塑性階段主要是在裂紋尖端附近位錯的形核、發(fā)射和位錯的運(yùn)動而引起的原子切變行為;在γ-Ti Al合金中,1/6112Shockley不全位錯密度最大,位錯密度隨著應(yīng)力的增大而增加。位錯的演變與畸變的hcp結(jié)構(gòu)和bcc結(jié)構(gòu)變化趨勢有關(guān)。位錯密度峰值區(qū)域多集中在應(yīng)力峰值區(qū)域,位錯密度隨應(yīng)力的增大而增加,在應(yīng)力高度集中時裂尖可以通過發(fā)射位錯的形式來釋放一部分集中的應(yīng)力。
【圖文】：

[010]TiAl]bAbCDbS[121]點(diǎn)陣單胞； （b）(111)面上的原圖 1.3 γ-TiAl 的點(diǎn)陣單胞和（111）面上的原子排列圖相似，γ-TiAl 主要在{111}面滑移，其方向主因單相 TiAl 合金在室溫下具有不可動的 1/2<1101]超位錯，而又被層錯偶極子所釘軋，所以室化的關(guān)系如圖 1.4 所示。單晶情況下，隨著溫峰值的溫度區(qū)域大約在 600~800℃范圍內(nèi)，并

圖 2.2 薄膜周期性邊界條件示意圖條件中，不單單始終運(yùn)用周期性邊界條件，像產(chǎn)生界面。在處理這些非均勻系統(tǒng)或處在件就會為整個模擬增加非常大的障礙。條件下或者某些特定時期，使用計(jì)算機(jī)模進(jìn)行處理的時候，，就可將整個體系劃分成，后者采用周期性邊界條件。中可能需要應(yīng)用多種邊界條件，這時也可界條件耦合起來應(yīng)用于體系中。所以邊界況（比如根據(jù)其研究對象和研究目標(biāo)等）
【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】：2018
【分類號】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2627045