γ-TiAl合金中孔洞生长与弥合的原子模拟

【摘要】γ-TiAl合金有许多特别的物理和化学性能,比如低密度、高熔点、高弹性模量、低扩散系数、良好的结构稳定性和良好的抗氧化性能及耐腐蚀性能。因此,它成为了航空航天领域中重要的材料,尤其是在未来的超音速飞机上,引起许多研究者的关注和研究。在这篇论文中,我们用分子动力学模拟研究了含有球形纳米孔洞的γ-TiAl合金中孔洞的生长和弥合,以及γ-TiAl单晶的断裂过程。我们发现剪切环的发射是孔洞生长的主要机制：位错核的不断产生和剪切环的扩展使孔洞不断长大,其也是在拉伸过程中材料产生缺陷结构的主要机制。此外,在γ-TiAl单晶的拉伸过程中,会形成微裂纹,其最先在孔洞表面和样本边界之间的变形区域形成。随着应变的增加,微裂纹迅速向孔洞和样本边界扩展,与孔洞连接,从而形成更大的缺陷,最终导致了γ-TiAl单晶的撕裂。我们也研究了样本的尺寸,应变速率和孔洞的体积分数对γ-TiAl单晶应变行为的影响。随着样本尺寸和孔洞体积分数的增加,γ-TiAl的屈服强度逐渐下降。但是随着应变速率的增加,屈服强度逐渐增加。杨氏模量对样本尺寸和应变速率的变化并不敏感,而只受到孔洞体积分数的影响,其随着孔洞体积分数的增加逐渐降低。为了更系统地探究含有纳米孔洞γ-TiAl单晶的力学行为,我们还模拟了在压缩状态下,样本中球形和圆锥形孔洞的弥合过程。由此了解到,在压应力作用下孔洞的弥合主要是依靠层错结构的扩展机制完成的,而且缺陷的弥合度跟缺陷的形状和大小有关。
【作者】蔡后敏；
【导师】汤富领；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】分子动力学；γ-TiAl；剪切环；位错；应变速率；孔洞生长；弥合；

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