γ-tial基合金塑性变形中孔洞与界面交互作用的md研究

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1、学校代码10530学号201510161728分类号TG146密级公开硕士学位论文γ-TiAl基合金塑性变形中孔洞与界面交互作用的MD研究学位申请人李恒城指导教师赵文娟副教授学院名称机械工程学院学科专业材料工程研究方向材料成型及数值模拟二零一八年六月MDstudyontheInteractionofGrainBoundariesandVoidsduringthePlasticDeformationofγ-TiAlBasedAlloyCandidateLiHengchengSupervisorAs

2、sociateProf.ZhaoWenjuanCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMaterialsEngineeringSpecializationMaterialFormingandNumericalsimulationDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学硕士学位论文摘要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

3、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8nm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

4、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。随着拉伸应力的持续作用，晶界不断发射位错，位错密度增大，在晶界附近产生严重的应力集中，使得微裂纹在晶界处形核

5、（应变约为0.075时），垂直于拉伸方向扩展，并与颈缩同时作用，最终导致多晶断裂。含球形孔洞多晶的拉伸应力应变曲线变化趋势基本与完整多晶的一致，但峰值应力及其对应的拉伸应变有所不同。含孔洞多晶中，含R=0.5nm，间距D=1.5nm孔洞的多晶，其峰值应力最高；含R=0.5nm，D=3.3nm孔洞多晶的峰值应力最小；相比孔洞半径R，孔洞间距D对应力应变曲线的影响更为显著。含R=0.5nm，D=3.3nm孔洞多晶的拉伸变形中，主要变形机制为靠近孔洞的晶界处的位错形核、扩展；随后的变形中，晶界发射的位

6、错向孔洞表面扩展，并与孔洞发生交互作用。孔洞不断长大且向晶界附近扩展，直至破裂；此时的塑性应变远大于完整多晶，表明孔洞对多晶起到一定的增塑作用。比较不同半径及间距的含孔洞多晶（R=1nm，D=3.3nm；以及R=0.5nm，D=3.3nm）的拉伸变形，随孔洞半径和间距的增大，位错的发射越来越领先；此时变形以孔洞附近的晶界发射位错为主导。位错与孔洞表面的交互作用更显著，更快导致材料失效。关键词：γ-TiAl多晶；塑性变形；晶界滑动；孔洞；位错；断裂I湘潭大学硕士学位论文Abstractγ-TiAl

7、basedalloysarewidelyappliedinaerospace,shippingandautomobileindustryasoneofthelight-weightstructuralmetalsbecauseoftheirlowdensity,highspecificstrength,highfireretardant,excellenthightemperatureoxidationresistanceandcreepresistanceproperties.Itispopu

8、larofthestudyonthemechanicalpropertiesofγ-TiAlbasedalloysbyusingexperimentalandsimulationmethodsatpresent.Asarepresentativeofatomicsimulationmethod,thedynamictrackingofmaterialmicrostructurecanberealizedviamoleculardynamics(MD)methodbysolvingtheNewto