Ni和Ni3Al力學(xué)性能與摻雜效應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、鎳基單晶高溫合金因其特殊的高溫力學(xué)性能、優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗氧化性，成為航天、航空等領(lǐng)域中重要的高溫結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化能改善其力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)和模擬中主要通過(guò)改變?chǔ)?Ni)和γ'(Ni3Al)兩相的結(jié)構(gòu)和摻雜微量元素等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文采用改進(jìn)分析型嵌入模型勢(shì)函數(shù)，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)Ni、Ni3Al和Ni/Ni3Al納米絲的力學(xué)性能及添加Re元素的Ni和Ni3Al塊體材料的摻雜效應(yīng)展開(kāi)了一系列的研究。
　　通過(guò)對(duì)比

2、Ni和Ni3Al兩種純納米絲力學(xué)性能的尺寸及溫度效應(yīng)，模擬發(fā)現(xiàn)納米絲在拉伸過(guò)程中均先后經(jīng)歷了彈性形變和塑性形變兩個(gè)階段。溫度恒定時(shí)，隨著納米絲尺寸的增大，其屈服應(yīng)力、楊氏模量、屈服應(yīng)變和塑性常數(shù)均隨之相應(yīng)地增大；Ni的塑性在同等條件下大于Ni3Al的塑性；尺寸對(duì)Ni納米絲塑性的影響大于其對(duì)Ni3Al納米絲塑性的影響。隨著模擬溫度的升高，由于熱振動(dòng)的加劇，Ni和Ni3Al納米絲的最大應(yīng)力、楊氏模量及塑性常數(shù)均急劇地降低。本工作模擬了純納米

3、絲的力學(xué)性能后，在此基礎(chǔ)上我們對(duì)Ni/Ni3Al核殼結(jié)構(gòu)納米絲的力學(xué)性能也相繼展開(kāi)了研究。結(jié)果顯示Ni/Ni3Al核殼結(jié)構(gòu)納米絲的最大應(yīng)力及楊氏模量與純納米絲相比并未明顯提高，但是塑性卻得到明顯的增強(qiáng)；外殼尺寸一定時(shí)，增大內(nèi)芯的尺寸，兩種Ni/Ni3Al核殼結(jié)構(gòu)納米絲的塑性均逐漸增大；升高模擬溫度，兩種Ni/Ni3Al核殼結(jié)構(gòu)納米絲的彈性強(qiáng)度均急劇減小。溫度對(duì)其塑性的影響并不明顯，但是在常溫下，兩種核殼結(jié)構(gòu)納米絲的塑性均處于最大值。

4、r>　　摻雜微量元素是另一種強(qiáng)化高溫合金力學(xué)性能的有效方法，因此本論文對(duì)比研究了Re對(duì)Ni和Ni3Al塊體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Re含量的增多和空位比的增大會(huì)降低Ni體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Re替代Ni3Al中的Ni時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響遠(yuǎn)大于其在Ni中對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。然而，當(dāng)Re替換Ni3Al中的Al時(shí)，在Re含量變化的較大范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)能保持相對(duì)穩(wěn)定，直至Re數(shù)目增至1％，空位比達(dá)到1～1.5％，結(jié)構(gòu)才開(kāi)始出現(xiàn)局部不穩(wěn)定。可見(jiàn)在Ni3Al中，