Nb替位方式及浓度对γ-TiAl合金微裂纹扩展的影响研究

发布时间：2020-04-14 07:29

【摘要】：TiAl合金室温塑性差、850℃以上抗氧化性不足和裂纹扩展速率高的缺点严重制约了其在航空航天领域的应用,而加入Nb有助于解决这一难题。Ti-Al-Nb三元体系已成为TiAl合金的主要发展趋势,合金化元素Nb对TiAl合金性能的影响研究已成为目前材料工程领域广泛关注和研究的焦点。本文采用分子动力学方法从微观尺度模拟了单轴拉伸加载下Nb替位方式及原子比浓度对TiAl合金裂纹扩展过程的影响,研究结果如下:(1)研究了Nb的不同替位方式对γ-TiAl合金裂纹扩展的影响。通过对预制了边界裂纹的无Nb体系、Nb替位Al体系、Nb替位Ti体系模型进行单轴拉伸加载,分析不同体系的模型在模拟过程中的裂纹扩展及位错演变过程,绘制应力-应变、能量、原子结构数目、径向分布函数变化曲线。表明:无论何种替位方式,Nb与近邻基体原子之间的相互作用都要强于替位前Ti-Al原子间的相互作用,会增强掺杂的Nb原子与TiAl合金中基体原子间的成键和结合强度,提高晶胞的键强度,增强周围原子间的键合力和内聚力,使裂尖区原子结合紧密,进而使裂纹尖端钝化,裂纹扩展速率减慢,裂纹扩展路径改变,合金的抗拉强度和断裂韧性增强。替位Ti体系比替位Al体系具有更高的屈服强度,替位Al体系比替位Ti体系发生的晶格畸变程度严重,位错密度较大,具有更高的断裂韧性。(2)研究了替位Ti体系中不同Nb原子比浓度对单晶γ-TiAl合金裂纹扩展的影响。表明:Nb原子比浓度增大,塑性阶段应力减小缓慢,点阵畸变积累效应和原子间内聚力增强,导致Nb周围应力场增加,波峰应力值增加,裂纹扩展速率减小。在0%~6%原子比浓度范围内,Nb浓度的提高有助于增强γ-TiAl合金的屈服强度和延展性。(3)裂纹的扩展过程可分为弹性阶段和塑性阶段。弹性阶段主要是在无位错区中原子键的断裂,塑性阶段主要是在裂纹尖端附近位错的形核、发射和位错的运动而引起的原子切变行为;在γ-Ti Al合金中,1/6112Shockley不全位错密度最大,位错密度随着应力的增大而增加。位错的演变与畸变的hcp结构和bcc结构变化趋势有关。位错密度峰值区域多集中在应力峰值区域,位错密度随应力的增大而增加,在应力高度集中时裂尖可以通过发射位错的形式来释放一部分集中的应力。
【图文】：

[010]TiAl]bAbCDbS[121]点阵单胞； （b）(111)面上的原图 1.3 γ-TiAl 的点阵单胞和（111）面上的原子排列图相似，γ-TiAl 主要在{111}面滑移，其方向主因单相 TiAl 合金在室温下具有不可动的 1/2<1101]超位错，而又被层错偶极子所钉轧，所以室化的关系如图 1.4 所示。单晶情况下，随着温峰值的温度区域大约在 600~800℃范围内，并

图 2.2 薄膜周期性边界条件示意图条件中，不单单始终运用周期性边界条件，像产生界面。在处理这些非均匀系统或处在件就会为整个模拟增加非常大的障碍。条件下或者某些特定时期，使用计算机模进行处理的时候，，就可将整个体系划分成，后者采用周期性边界条件。中可能需要应用多种边界条件，这时也可界条件耦合起来应用于体系中。所以边界况（比如根据其研究对象和研究目标等）
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23

【参考文献】

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本文编号：2627045