金屬材料在外加載荷條件下的塑性變形行為是材料學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在保持化學(xué)成份不變的情況下引入界面后,可以提高材料多種性能,當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)降低至納米尺度時(shí),其強(qiáng)度通常會大幅提升。無論晶界還是相界的存在都會影響材料的力學(xué)性能,所以有必要進(jìn)一步探索和研究金屬材料界面處的塑性變形行為。隨著計(jì)算材料學(xué)的快速發(fā)展,兼具簡便高效的分子動力學(xué)模擬可以為材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供原子尺度上的細(xì)節(jié),能夠再現(xiàn)某些實(shí)驗(yàn)研究中難以觀測的動態(tài)演變過程,有助于很好的理解以上這些變形行為。本文首先針對具有γ-TiAl和α2-Ti3Al兩相片層結(jié)構(gòu)的鈦鋁合金,其高溫性能優(yōu)異,但片層結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的各向異性,特別是γ/α2界面,從而導(dǎo)致鈦鋁合金的界面結(jié)構(gòu)和疲勞斷裂等力學(xué)行為強(qiáng)烈依賴于片層取向、厚度和厚度比等參數(shù)。采用分子動力學(xué)方法,通過考察共格和半共格界面,發(fā)現(xiàn)體系總能量隨兩相厚度比變化,得到兩種界面相互轉(zhuǎn)變的臨界片層厚度;對不同片層厚度的鈦鋁合金進(jìn)行垂直界面的拉伸加載,共格界面的屈服強(qiáng)度高于半共格界面,斷裂行為隨γ和α2相的厚度比變化。塑性變形首先發(fā)生在γ相一側(cè),形成Shockiey偏位錯(cuò),進(jìn)而通過剪切傳遞方式穿過Y/α2界面,... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１⑷刃位錯(cuò)；（ｂ）螺位錯(cuò)；（ｃ）孿晶

的低穩(wěn)定性等問題〖１７—１８］。金屬材料的界面包含內(nèi)界面、外表面等。相比較而言，??我們更關(guān)注金屬材料的內(nèi)界面，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性可分為晶界、孿晶界以及相晶界??等不同類型［｜７】，如圖１．２所示。通常界面區(qū)域有幾個(gè)原子層的厚度，其中的原子??排列、分布甚至是化學(xué)成分，一般都與晶體內(nèi)部的有所差異，屬于晶體面缺陷的??范疇金屬材料中，無論是晶界還是相界的存在，都對其性能有著重要的作??用，比如強(qiáng)度、加工硬化、組織演化、斷裂行為等［２１］，所以說研究金屬材料不同??界面處的變形行為具有重要意義。??ａ?Ｃｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??Ｈｉｇｈ－ａｎｇｌｅ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?Ｌｏｗ－ａｎｇｌｅ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｉｙ?Ｔｗｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??＿＿??Ｍａｔｒｉｘ?Ｔｗｉｎ??ｂ?Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ?Ｓｅｍｉ－ｃｏｈｅｒｅｎｔ?Ｃｏｈｅｒｅｎｔ?ｍ?ｑ?ｑ?ｎ??＿＿＿??圖１．２不同類型的界面【１７】：（ａ＞晶界：（ｂ）相界。??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ【１７］：?（ａ）?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ；?（ｂ）?ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ?ｂｏｕｎｄａｒｙ．??１?？?２．?１?晶界??晶界的結(jié)構(gòu)特性是影響多晶型材料性能的重要因素，控制晶界的的類型，改??善界面結(jié)構(gòu)，可以有助于開發(fā)強(qiáng)籾的多晶型材料。由于高角度晶界在與位錯(cuò)作??３??

這些作用力相互疊加表現(xiàn)出一種驅(qū)動效應(yīng)可以降低位錯(cuò)穿越晶界的能壘，從而促??進(jìn)位錯(cuò)與晶界的相互作用，使材料進(jìn)一步塑性變形。其中位錯(cuò)與晶界具體相互作??用的方式可以總結(jié)歸納為以下四種［２５〗，如圖１．３所示，這些過程在很大程度上取??決于兩個(gè)晶粒的滑移系統(tǒng)在晶界上的轉(zhuǎn)移性、晶界的原子結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)、溫度??等。在晶界強(qiáng)化機(jī)制中，由于相鄰晶粒的晶體取向不同，需要更多的能量來改變??位錯(cuò)的運(yùn)動方向并進(jìn)入鄰近的晶粒（圖１．３ａ）。同時(shí)，阻塞效應(yīng)使得晶界在循環(huán)??變形過程中容易受到應(yīng)力集中和應(yīng)變不相容的影響［２６＿２７］。比如，對銅雙晶而言，??無論外力加載方向與晶界是平行的、垂直的還是傾斜一定角度，高角度晶界處總??是疲勞裂紋的優(yōu)先位置［％。同時(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的最新發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)的分析，以及對??界面結(jié)構(gòu)的控制ｔ％。??＜ａ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?（ｃ）?＼?Ｇｌｉｄｅ??＼?＼??ｙ?＼??Ｎ?Ｎ??ｘ?Ｘ：?Ｉ．??、??Ｘ??ｖ??、??Ｖ??＼??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦鋁金屬間化合物的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J]. 楊銳.  金屬學(xué)報(bào). 2015(02)
[2]MD simulation of asymmetric nucleation and motion of h011] superdislocations in TiAl[J]. Dongsheng Xu,Hao Wang,Rui Yang,Anil K.Sachdev.  Chinese Science Bulletin. 2014(15)
[3]Lattice Distortion Analysis Directly from High Resolution Transmission Electron Microscopy Images —the LADIA Program Package[J]. Y.Rau, N.Y.Jin-Phillipp and F.PhillippMax-Planck-Institut fiir Metallforschung, Heisenbergstrasse 1, Stuttgart, D-70569, Germany [ Manuscript received November 22, 2001].  Journal of Materials Science & Technology. 2002(02)



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