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展速率高的缺點嚴重制約了其在航空航天領域的應用,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域廣泛關注和研究的焦點。本文采用分子動力學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合金裂紋擴展的影響。通過對預制了邊界裂紋的無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展及位錯演變過程,繪制應力-應變、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于替位前Ti-Al原子間的相互作用,會增強摻雜的Nb原子與TiAl合金中基體原子間的成鍵和結(jié)合強度,提高晶胞的鍵強度,增強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,進而使裂紋尖端鈍化,裂紋擴展速率減慢,裂紋擴展路徑改變,合金的抗拉強度和斷裂韌性增強。替位Ti體系比替位Al體系具有更高的屈服強度,替位Al體系比替位Ti體系發(fā)生的晶格畸變程度嚴重,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合金裂紋擴展的影響。表明:Nb原子比濃度增大,塑性階段應力減小緩慢,點陣畸變積累效應和原子間內(nèi)聚力增強,導致Nb周圍應力場增加,波峰應力值增加,裂紋擴展速率減小。在0%~6%原子比濃度范圍內(nèi),Nb濃度的提高有助于增強γ-TiAl合金的屈服強度和延展性。(3)裂紋的擴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。位錯密度峰值區(qū)域多集中在應力峰值區(qū)域,位錯密度隨應力的增大而增加,在應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力。
【圖文】：

[010]TiAl]bAbCDbS[121]點陣單胞； （b）(111)面上的原圖 1.3 γ-TiAl 的點陣單胞和（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，使用計算機模進行處理的時候，，就可將整個體系劃分成，后者采用周期性邊界條件。中可能需要應用多種邊界條件，這時也可界條件耦合起來應用于體系中。所以邊界況（比如根據(jù)其研究對象和研究目標等）
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23

【參考文獻】

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本文編號：2627045