γ-TiAl基合金塑性变形中孔洞与界面交互作用的MD研究

发布时间：2023-04-17 03:48

　　TiAl基合金以其低密度、高比强度、高比模量、良好的阻燃能力、抗氧化性及抗蠕变性能,且在高温下能够保持比较高的比强度和比刚度,在航天、航空、船舶及汽车等领域有广阔应用的前景。目前,通过实验、模拟计算等手段对TiAl基金属间化合物的力学性能研究方兴未艾,以分子动力学为代表的模拟方法能有效地开展塑性变形和断裂行为的原子尺度的探索研究。本研究以γ-TiAl基合金为研究对象,建立平均晶粒尺寸为8 nm的完整多晶以及含球形双孔洞多晶的分子动力学模拟晶胞,进行单轴拉伸变形模拟,通过分析拉伸中的应力应变曲线,观察其原子构型的动态演变,研究微孔洞对γ-TiAl基合金塑性变形的微观影响机制及孔洞与晶界的动态交互作用。主要研究内容如下:完整多晶拉伸中的应力-应变曲线呈典型的弹塑性特征。原子构型演变表明,当应变小于0.043时,晶界发生部分严重扭曲,但并未发生位错形核,晶界滑动为其塑性变形的主要变形机制;达到应力峰值后,三岔晶界处首先发射位错,且位错从晶界向晶粒内扩展。位错的形核和滑移发生在晶界滑动之后,表明拉伸变形初期的晶界运动为位错发射提供了位向和切应力条件;从而塑性变形进入位错滑移的主导阶段。随着拉伸...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 金属材料的塑性变形及断裂行为
        1.1.1 位错
        1.1.2 晶界
        1.1.3 断裂的微观机制
    1.2 孔洞对材料力学性能影响的研究进展
    1.3 多尺度模拟方法
    1.4 分子动力学在材料科学中的应用
    1.5 γ-TiAl基合金的结构及力学性能的研究进展
    1.6 本文研究主要内容及目的
第2章 分子动力学模拟技术
    2.1 分子动力学模拟的基本原理
        2.1.1 积分算法
        2.1.2 原子间的相互作用势
        2.1.3 系综
        2.1.4 边界条件
        2.1.5 温度和压力的控制
    2.2 多晶晶胞构建方法—Voronoi算法
    2.3 分子动力学模拟软件与可视化软件介绍
第3章 γ-TiAl多晶拉伸变形中位错演变和断裂分析
    3.1 γ-TiAl多晶模型的构建与拉伸模拟过程
        3.1.1 模型的建立
        3.1.2 拉伸模拟过程
    3.2 模拟结果与讨论
        3.2.1 拉伸变形中的工程应力-应变曲线
        3.2.2 拉伸中的原子构型演变
        3.2.3 位错演变过程
        3.2.4 断裂分析
    3.3 与现有实验及模拟结果对比分析
        3.3.1 塑性变形机制
        3.3.2 位错演变过程
        3.3.3 断裂分析
    3.4 本章小结
第4章 含孔洞γ-TiAl多晶孔洞与晶界作用及断裂分析
    4.1 含孔洞模型的构建及模拟过程
    4.2 含孔洞多晶晶胞拉伸过程中应力应变曲线
    4.3 γ-TiAl多晶拉伸变形中孔洞与晶界的交互作用
        4.3.1 孔间距D=3.3nm、半径R=1nm时的原子构型演变
        4.3.2 孔间距D=3.3nm、半径R=0.5nm时的原子构型演变
        4.3.3 孔间距D=1.5nm、半径R=0.5nm时的原子构型演变
        4.3.4 不同孔半径及孔间距的多晶γ-TiAl多晶拉伸变形比较
    4.4 含孔洞的γ-TiAl多晶拉伸变形中的断裂行为
        4.4.1 含孔洞与完整γ-TiAl多晶拉伸变形中的断裂行为
        4.4.2 孔间距D=3.3nm、半径R=0.5nm的γ-TiAl多晶拉伸变形中的断裂行为
        4.4.3 孔间距D=1.5nm、半径R=0.5nm的γ-TiAl多晶拉伸变形中的断裂行为
    4.5 典型位错的形核及扩展过程
    4.6 与现有实验及模拟结果对比分析
        4.6.1 位错形核位置
        4.6.2 裂纹形核位置与扩展情况
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
附录 科研成果及参与项目情况



本文编号：3792504