Ti-Al合金相變行為與拉伸變形行為的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、鈦合金是二十一世紀(jì)重要的結(jié)構(gòu)材料之一，其以比重小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)異性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、車輛船舶、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，成為材料領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。材料的微觀組織和綜合力學(xué)性能密切相關(guān)，鈦合金通常通過合金化、熱處理以及熱變形三種手段來調(diào)控材料微觀組織使得合金的各項(xiàng)性能達(dá)到合適的匹配關(guān)系。隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算模擬已成為材料研究領(lǐng)域一種重要的研究手段。而分子動(dòng)力學(xué)以其可以獲得常規(guī)實(shí)驗(yàn)研究手段中無法得到的微觀結(jié)構(gòu)演

2、變細(xì)節(jié)，而成為計(jì)算模擬中一種直觀有效的模擬方法。
　　 為了研究Ti-Al合金相變過程與變形過程中的微觀機(jī)制，本文基于嵌入法原子間作用勢(shì)，在原子尺度上對(duì)兩種低Al含量Ti-Al合金的β→α相變行為以及拉伸變形行為進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，比較分析了不同Al含量下相變過程的體系內(nèi)能、徑向分布函數(shù)、不同晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的變化以及晶體結(jié)構(gòu)的演化，通過應(yīng)力-應(yīng)變、晶體結(jié)構(gòu)分析等手段對(duì)Ti-Al合金拉伸變形過程中不同應(yīng)變條件對(duì)變形行為的影響以

3、及Ti-Al合金微觀變形機(jī)制進(jìn)行了研究，主要從以下兩個(gè)方面展開分析討論:
　　 (1)Ti-Al合金的β→α相變?yōu)榍凶兿嘧?，通過{110}β原子層間的相互滑移發(fā)生，并伴隨一定畸變，α新相與β母相之間呈現(xiàn)出{0001}α||{110}β的晶體學(xué)關(guān)系，與實(shí)際相變行為吻合;與Ti-5Al相比，Ti-10Al中的α相形核析出過程更容易發(fā)生，這體現(xiàn)出實(shí)際相變過程中Al作為α相穩(wěn)定元素的作用;在相變過程中，晶體中容易出現(xiàn)層錯(cuò)、孿晶界等晶體缺

4、陷，以消除部分因相變過程中發(fā)生畸變而引起的應(yīng)力。
　　 (2)模擬中Ti-Al合金的拉伸過程與宏觀材料相似，均經(jīng)歷彈性變形階段和塑性變形階段，并出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。在彈性變形階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)依然符合虎克定律;進(jìn)入塑性變形時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)突降，并具有較高的屈服強(qiáng)度。在進(jìn)入塑性變形階段后，出現(xiàn)較大波動(dòng)，這與微觀變形機(jī)制緊密相關(guān)。納米桿的塑性變形機(jī)制主要為(0001)面滑移系以及{10(1)2}＜10(1)1＞孿晶