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单晶γ-TiAl合金微观滑移机制的研究?

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.01.021

针对单晶γ-TiAl 合金微观滑移机制方面研究的不足，建立了单晶γ-TiAl合金单轴拉伸时晶体滑移几何模型，根据几何模型中各夹角之间的几何关系和由 Weiss晶带法则给出的滑移方向，计算出了单滑移系中各个滑移方向上的Schmid因子；通过对比计算结果发现在设定条件下晶体更易产生滑移的方向为(001)[01－1]和(11－1)[110]；在由主滑移系和交滑移系组成的双滑移系同时开动时，计算出了临界外加拉伸应变为0．633；通过数值模拟验证了所给出的单晶γ-TiAl合金单轴拉伸时的微观滑移机制的正确性.

关键词: γ-TiAl 合金 , 单晶 , 微观滑移机制 , 单轴拉伸 , 数值仿真

单晶γ-TiAl合金微裂纹扩展行为的分子动力学模拟?

付蓉 , 芮执元 , 剡昌锋 , 罗德春 , 冯瑞成

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.13.022

为了从微观原子结构探索γ-TiAl 合金裂纹扩展的机理，研究了恒定加载速度下温度对γ-TiAl 合金中裂纹扩展的影响。采用分子动力学方法对单晶γ-TiAl合金中预置微裂纹的扩展过程进行模拟，研究表明，室温下裂纹呈脆性解理扩展，中、高温时，裂纹在扩展过程中发射位错，裂尖钝化并伴有偏转；随温度的升高，微裂纹由脆性解理扩展向韧性扩展转化，裂纹扩展速率减慢，材料塑性增加；裂尖发射的位错堆积在边界附近，使得位错堆积处萌生空洞缺陷，随着加载的继续，空洞最终长大形成微裂纹，出现边界开裂的现象。

关键词: γ-TiAl合金 , 分子动力学 , 空洞 , 裂纹扩展

加载速率对单晶γ-TiAl裂纹扩展影响的分子动力学模拟

曹卉 , 芮执元 , 罗德春 , 剡昌锋 , 陈文科

材料科学与工程学报 doi:10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2016.02.028

运用分子动力学方法研究微观尺度下单晶γ-TiAl裂纹的扩展过程,运用嵌入原子势进行模拟,得到裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,比较分析不同加载速率对γ-TiAl能量和应力-应变关系的影响,进而揭示对裂纹扩展的影响.研究表明:随着加载速率的增大,体系的原子运动加剧,总能量上升到峰值的剧烈程度增加,试件断裂的时间缩短,所需的应变越小,而裂纹扩展的形态没有变化;总能量随时间的演化曲线只出现一个峰值.应力-应变曲线中只有弹性阶段,没有塑性阶段,加载速率对拉升过程的弹性变形机理没有影响.

关键词: 分子动力学 , γ-TiAl合金 , 速率 , 裂纹扩展 , 能量

温度对单晶γ-TiAl合金裂纹扩展的影响的分子动力学模拟

曹卉 , 芮执元 , 罗德春 , 付蓉 , 剡昌锋

材料科学与工程学报 doi:10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2016.04.020

用分子动力学方法从原子尺度对单晶γ-TiAl合金中心裂纹的扩展机理进行了研究,模拟了不同温度下预制中心裂纹的扩展过程.结果表明:随着温度升高,裂纹的启裂时间变长,启裂应力值分别为5.64GPa、4.58GPa和4.27GPa;裂尖和边界发射的位错数目随温度的升高而增多;温度为300K时,裂纹先脆性扩展,出现分枝后,裂纹通过裂尖发射位错向前扩展,扩展过程为塑性扩展;温度达750K时裂纹出现分枝,扩展过程为塑性扩展,此时的裂纹扩展速率慢于300K时的裂纹扩展速率;950K时裂纹没有出现分枝,扩展过程为塑性扩展且扩展速率最快;三种温度下裂纹扩展过程均出现裂尖钝化与偏折现象.

关键词: γ-TiAl合金 , 单晶 , 分子动力学 , 位错 , 裂纹扩展

单晶γ-TiAl合金中裂纹沿[111]晶向扩展的分子动力学研究

罗德春 , 芮执元 , 付蓉 , 张玲 , 剡昌锋 , 曹卉

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.02.014

为了从微观角度探索γ-TiAl合金中特定晶向的裂纹扩展机理,研究了γ-TiAl合金中[111]晶向微裂纹扩展的过程及其断裂机理.首先在单晶γ-TiAl合金中预置[111]晶向的微裂纹,然后通过分子动力学方法模拟该裂纹的扩展过程,最终分析了裂尖原子组态变化、微裂纹扩展路径以及应力-应变情况.研究表明,该晶向的微裂纹不是沿直线扩展,而是启裂时裂尖发生偏转,表现出明显的取向效应;微裂纹以裂尖发射滑移位错以及裂尖上形成孪晶的方式进行扩展;受边界的影响,微裂纹扩展到一定阶段会在边界位错堆积处萌生子裂纹,且扩展机制与主裂纹类似;在两个裂纹尖端发射滑移位错的相互作用下,在主裂尖前端再次萌生子裂纹,最终主、子裂纹相连导致断裂;微裂纹扩展过程中的应力分布主要集中于裂尖和扩展过程中形成的孪晶面上,并且随着微裂纹的扩展,裂尖应力值随时间的增大而减小.

关键词: γ-TiAl合金 , 分子动力学 , [111]晶向 , 裂纹扩展

单晶γ-TiAl中孔洞位置对裂纹扩展影响的分子动力学模拟?

罗德春 , 芮执元 , 曹卉 , 陈文科 , 剡昌锋

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.06.024

运用分子动力学方法对单晶γ-TiAl 合金的裂纹扩展过程进行了研究，分析了不同孔洞位置对裂纹扩展的影响，得到相应的原子轨迹、能量演化以及应力-应变关系.结果表明无孔洞时，裂纹以脆性解理方式快速扩展至材料断裂，能量曲线只有一个波峰；L＝1．6 nm时裂纹先以脆性解理的方式扩展，孔洞抑制裂纹扩展，孔洞周围发射位错，裂纹以尖端空洞形核、长大成微裂纹，最终微裂纹与主裂纹连接的方式扩展，能量曲线有多个峰值；L＝4．8 nm时，裂纹初始扩展过程与L＝1．6 nm时相似，后期未出现空洞形核、长大成微裂纹并与主裂纹结合的现象；另外孔洞距裂尖距离不同，发射第一个位错的方向不同.

关键词: γ-TiAl合金 , 分子动力学 , 位错 , 裂纹扩展 , 能量