單晶γ-TiAl合金裂紋擴展機理的分子動力學研究.pdf

1、γ-TiAl合金因具有低的密度，較高的彈性模量和高溫強度等優(yōu)點，在航天航空等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但按照常規(guī)的處理工藝制成的TiAl合金材料，在開始服役的時候就存在不同類型的缺陷，加之制成零部件的受力和工作環(huán)境狀況復(fù)雜，導(dǎo)致其裂紋擴展的模型遠比傳統(tǒng)金屬材料的要復(fù)雜。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴溫度對裂紋擴展的影響。不同溫度下裂紋的擴展形式和擴展速率都不同，但是最終都出現(xiàn)了裂尖發(fā)射位錯的現(xiàn)象；不同溫度下裂尖發(fā)射位錯的頻率不同，溫度越

2、高，裂尖發(fā)射位錯的頻率越高，裂尖鈍化程度越嚴重；隨溫度的升高，體系的屈服應(yīng)力下降，裂紋的向前擴展越緩慢，也就是高溫下材料越容易發(fā)生塑性變形，塑性變形的發(fā)生阻礙了裂紋向前的擴展；⑵應(yīng)變率對裂紋擴展的影響。晶體結(jié)構(gòu)對應(yīng)變率很敏感，不同的應(yīng)變率范圍下裂紋的擴展形式差異很大。在不敏感區(qū)，最大應(yīng)力隨應(yīng)變率的變化很小，這表明應(yīng)變率對裂紋擴展過程影響不大；在敏感區(qū)，體系最大應(yīng)力隨著應(yīng)變率的增大逐漸增大；在突變區(qū)，高的應(yīng)變率迫使裂尖前端局部非晶化，并且

3、應(yīng)變率越高，非晶化區(qū)域越大，最終在原子結(jié)構(gòu)混亂處萌生微裂紋；在應(yīng)變率不敏感區(qū)和敏感區(qū)，應(yīng)力值達到最大時裂紋開始擴展，在突變區(qū)，裂紋并不是在應(yīng)力達到最大時開始擴展，這可能是應(yīng)變強化導(dǎo)致的；⑶晶向?qū)α鸭y擴展的影響。[100]晶向的裂紋強度最低，最容易擴展，裂紋擴展方式為脆性解理；[111]晶向的裂紋強度最大，最難擴展，并且在啟裂時裂尖沿著裂紋容易擴展的方向發(fā)生了轉(zhuǎn)向，裂紋擴展表現(xiàn)出明顯的取向效應(yīng)；裂紋通過裂尖發(fā)射滑移位錯以及裂尖上形成的孿晶