钛铝合金等体系中界面处变形行为的原子模拟
发布时间：2021-02-23 03:38
金属材料在外加载荷条件下的塑性变形行为是材料学研究的重要内容之一。在保持化学成份不变的情况下引入界面后,可以提高材料多种性能,当晶体结构降低至纳米尺度时,其强度通常会大幅提升。无论晶界还是相界的存在都会影响材料的力学性能,所以有必要进一步探索和研究金属材料界面处的塑性变形行为。随着计算材料学的快速发展,兼具简便高效的分子动力学模拟可以为材料的优化设计提供原子尺度上的细节,能够再现某些实验研究中难以观测的动态演变过程,有助于很好的理解以上这些变形行为。本文首先针对具有γ-TiAl和α2-Ti3Al两相片层结构的钛铝合金,其高温性能优异,但片层结构具有较强的各向异性,特别是γ/α2界面,从而导致钛铝合金的界面结构和疲劳断裂等力学行为强烈依赖于片层取向、厚度和厚度比等参数。采用分子动力学方法,通过考察共格和半共格界面,发现体系总能量随两相厚度比变化,得到两种界面相互转变的临界片层厚度;对不同片层厚度的钛铝合金进行垂直界面的拉伸加载,共格界面的屈服强度高于半共格界面,断裂行为随γ和α2相的厚度比变化。塑性变形首先发生在γ相一侧,形成Shockiey偏位错,进而通过剪切传递方式穿过Y/α2界面,...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１⑷刃位错；（ｂ）螺位错；（ｃ）孪晶
的低稳定性等问题〖１７—１８］。金属材料的界面包含内界面、外表面等。相比较而言，??我们更关注金属材料的内界面，根据其结构特性可分为晶界、孪晶界以及相晶界??等不同类型［｜７】，如图１．２所示。通常界面区域有几个原子层的厚度，其中的原子??排列、分布甚至是化学成分，一般都与晶体内部的有所差异，属于晶体面缺陷的??范畴金属材料中，无论是晶界还是相界的存在，都对其性能有着重要的作??用，比如强度、加工硬化、组织演化、断裂行为等［２１］，所以说研究金属材料不同??界面处的变形行为具有重要意义。??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??＿＿＿??图１．２不同类型的界面【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??晶界的结构特性是影响多晶型材料性能的重要因素，控制晶界的的类型，改??善界面结构，可以有助于开发强籾的多晶型材料。由于高角度晶界在与位错作??３??
这些作用力相互叠加表现出一种驱动效应可以降低位错穿越晶界的能垒，从而促??进位错与晶界的相互作用，使材料进一步塑性变形。其中位错与晶界具体相互作??用的方式可以总结归纳为以下四种［２５〗，如图１．３所示，这些过程在很大程度上取??决于两个晶粒的滑移系统在晶界上的转移性、晶界的原子结构、应力状态、温度??等。在晶界强化机制中，由于相邻晶粒的晶体取向不同，需要更多的能量来改变??位错的运动方向并进入邻近的晶粒（图１．３ａ）。同时，阻塞效应使得晶界在循环??变形过程中容易受到应力集中和应变不相容的影响［２６＿２７］。比如，对铜双晶而言，??无论外力加载方向与晶界是平行的、垂直的还是倾斜一定角度，高角度晶界处总??是疲劳裂纹的优先位置［％。同时实验技术的最新发展促进了相关的分析，以及对??界面结构的控制ｔ％。??＜ａ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?（ｃ）?＼?Ｇｌｉｄｅ??＼?＼??ｙ?＼??Ｎ?Ｎ??ｘ?Ｘ：?Ｉ．??、??Ｘ??ｖ??、??Ｖ??＼??
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 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)
本文编号：3046958
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１⑷刃位错；（ｂ）螺位错；（ｃ）孪晶
的低稳定性等问题〖１７—１８］。金属材料的界面包含内界面、外表面等。相比较而言，??我们更关注金属材料的内界面，根据其结构特性可分为晶界、孪晶界以及相晶界??等不同类型［｜７】，如图１．２所示。通常界面区域有几个原子层的厚度，其中的原子??排列、分布甚至是化学成分，一般都与晶体内部的有所差异，属于晶体面缺陷的??范畴金属材料中，无论是晶界还是相界的存在，都对其性能有着重要的作??用，比如强度、加工硬化、组织演化、断裂行为等［２１］，所以说研究金属材料不同??界面处的变形行为具有重要意义。??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??＿＿＿??图１．２不同类型的界面【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??晶界的结构特性是影响多晶型材料性能的重要因素，控制晶界的的类型，改??善界面结构，可以有助于开发强籾的多晶型材料。由于高角度晶界在与位错作??３??
这些作用力相互叠加表现出一种驱动效应可以降低位错穿越晶界的能垒，从而促??进位错与晶界的相互作用，使材料进一步塑性变形。其中位错与晶界具体相互作??用的方式可以总结归纳为以下四种［２５〗，如图１．３所示，这些过程在很大程度上取??决于两个晶粒的滑移系统在晶界上的转移性、晶界的原子结构、应力状态、温度??等。在晶界强化机制中，由于相邻晶粒的晶体取向不同，需要更多的能量来改变??位错的运动方向并进入邻近的晶粒（图１．３ａ）。同时，阻塞效应使得晶界在循环??变形过程中容易受到应力集中和应变不相容的影响［２６＿２７］。比如，对铜双晶而言，??无论外力加载方向与晶界是平行的、垂直的还是倾斜一定角度，高角度晶界处总??是疲劳裂纹的优先位置［％。同时实验技术的最新发展促进了相关的分析，以及对??界面结构的控制ｔ％。??＜ａ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?（ｃ）?＼?Ｇｌｉｄｅ??＼?＼??ｙ?＼??Ｎ?Ｎ??ｘ?Ｘ：?Ｉ．??、??Ｘ??ｖ??、??Ｖ??＼??
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 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)
本文编号：3046958
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