晶向和温度对含孔洞单晶TiAl-Nb合金断裂行为的影响

本工作采用分子动力学方法研究了晶向和温度对含孔洞单晶TiAl-Nb合金断裂行为的影响,主要分析了不同条件下TiAl-Nb合金的力学性能及微观缺陷演化.研究结果表明:晶向对含孔洞TiAl-Nb合金的力学性能有显著影响,但是对其断裂行为影响较小,这可能是因为Nb元素的加入导致的固溶强化作用大于位错的强化作用;温度越高,TiAl-Nb合金的屈服应力、屈服应变及杨氏模量越小,位错首次在孔洞处形核的时间越提前,位错数量及位错类型越少,材料失效时间越提前.     

全片层γ-TiAl基合金屈服应力的微结构尺度效应

本文基于多位错塞积模型,研究了γ-TiAl基全片层组织合金的屈服应力与微观结构多尺度的关系,给出了全片层γ-TiAl基合金屈服应力的解析计算公式.重点分析了合金中PST颗粒片层界面强度τλc、晶界强度τdc、片层厚度λ及PST颗粒大小尺度d对合金屈服应力大小的影响.     

Ru对单晶高温合金拉伸性能的影响

为了研究Ru在含Re单晶高温合金的作用,利用扫描电镜和透射电镜以及电子拉伸实验机对不同Ru含量的三种单晶高温合金的拉伸性能和变形组织及形貌进行观察和分析,研究结果表明:三种合金随着Ru含量的增加,合金热处理态γ′相尺寸逐渐减小,立方度明显增加。900℃下的拉伸实验表明随着Ru含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度都略有增加。900℃下三种合金的断裂方式均为纯剪切型断裂。变形机制为位错切割γ′位错对夹着反相畴界模式。因此,Ru的加入略微增加了合金的强度,但没有改变合金的变形机制和断裂特征。     

裂纹位置对含铌γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

为了研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边界裂纹和中心裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了裂纹位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了裂纹位置对裂纹扩展的影响。研究结果表明:中心裂纹的γ-TiAl合金在其拉伸初始阶段,受力并不集中,随后由于原子键的断裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂纹的扩展,因此裂纹要继续扩展需要克服更大的阻力。裂纹在中心位置和边界位置对γ-TiAl合金产生的力学影响不同,边界裂纹对材料产生断裂的危害性更大。     

单晶γ-TiAl合金微观滑移机制的研究

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。     

Nb对PREP法制备内燃机用IN718粉末合金组织和温拉伸性能的影响

采用等离子旋转电极法制备了包含γ′相的镍基粉末高温合金,并对合金中含有不同Nb比例时显微组织结构的改变进行分析,同时对其处于650℃下力学性能进行了测试。研究结果表明:经过热处理后,在γ相内形成了γ′相,当Nb比例从0%提高至3.0%时,γ′相的微观形貌始终保持方形的结构,添加Nb之后形成了更加粗大的γ′相。相对于未加Nb,当在合金内添加Nb之后,试样拉伸强度增大了120MPa以上。试样拉伸强度随Nb含量增加而逐渐增加。Nb能够显著提升合金高温强度,存在一个最优Nb含量使试样获得最佳高温塑性。含3.0%Nb的合金组织发生了塑性断裂,合金中形成了明显延伸的断口,存在众多小尺寸等轴韧窝。当Nb含量增大后,合金发生了塑性降低。含3.0%Nb的合金在拉伸过程中形成了孪晶并降低了滑移带的数量,增加Nb含量后有助于生成层错组织。     

γ′相对高钨镍基高温合金拉伸和持久变形行为的影响

对K416B高钨高温合金进行固溶和时效处理以调整其中γ?相的形貌使其具有两种尺寸,研究了铸态和热处理态合金的拉伸和持久变形行为。结果表明,铸态K416B合金中的γ?相在基体中分布均匀,其平均尺寸为200 nm,能有效阻碍位错在基体中运动从而使其屈服强度提高。在热处理态的K416B合金中析出了两种γ?相,其尺寸分别为1μm和100 nm。在热处理态K416B合金的室温拉伸过程中全位错剪切大尺寸初生γ?相和以Orowan机制绕过小尺寸二次γ?,使其屈服强度降低。在高温下二次γ?相更容易粗化而使γ基体的宽度增大,促进位错剪切γ?相而使持久应变速率提高。同时,在持久变形过程中纳米级W6C颗粒在γ-γ?相界面弥散析出消耗大量W元素降低γ-γ?两相的错配度,使合金的强化水平下降而导致其持久寿命大幅度降低。     

3D打印成形Ti-6Al-4V合金的组织和力学性能分析北大核心CSCD

采用3D打印方法制得Ti-6Al-4V合金形成梯度组织,通过实验测试方法对其组织以及拉伸力学性能进行测试分析。研究结果表明:各区域形成了不同尺寸与分布形态的β晶粒。试样形成了清晰的层带间界线,相邻层带间界线距离约2.5 mm。各个高度处都形成了片层组织,不同部位的α片层具有明显不同的尺寸。在各个高度处的试样拉伸测试得到的屈服强度基本一致,而拉伸强度由底部的842 MPa增大至顶部的895 MPa,同时断裂伸长率上升。合金顶端形成了较多位错,中间部位的位错密度发生了显著减小,到底部区域时位错已经很少。45°方向试样达到了最高的屈服/拉伸强度,强度最低的是Z方向试样;X和Y方向试样具备较高断裂延伸率,之后是45°方向试样,最小的是Z方向试样。     

空位浓度对γ-TiAl合金力学性能的影响

利用分子动力学方法在不同温度下对含不同空位浓度的γ-TiAl合金进行拉伸模拟,分别研究了Ti空位和Al空位对材料力学性能的影响。研究结果表明:在温度为1K时,随着Ti和Al空位浓度的增加,材料的极限应力呈非线性下降。但是,含Ti空位的模型比含Al空位模型的极限应力下降的慢。这主要是由于γ-TiAl合金中Ti空位和Al空位的空位形成能的不同导致其扩散系数有较大差异。当温度在300～1100K时,屈服强度随温度的升高而降低,并且温度对势能的影响较大,温度越高,势能越大。     

单晶γ-TiAl中孔洞位置对裂纹扩展影响的分子动力学模拟

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=1.6nm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=4.8nm时,裂纹初始扩展过程与L=1.6nm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。     

喷射成形高温合金FGH4095组织及断裂行为

采用喷射成形制备FGH4095高温合金坯,观察其组织及强化相γ’相形貌、尺寸和分布,研究了喷射成形沉积坯组织均匀性对力学性能的影响,分析了材料的拉伸断裂行为.结果表明:喷射成形FGH4095高温合金组织均匀细小,无宏观偏析,体密度为8.21 g/cm3,致密度达99.03%,具有较好的组织均匀性;基体中除了晶界上分布着块状γ’相颗粒外,在晶粒内部还存在大、小2种尺寸的γ’颗粒,其中大的γ’颗粒呈团簇状,小γ’颗粒呈圆形;经过热处理,大γ’颗粒逐渐熔解,晶粒内部新的细小γ’相析出,并且伴随着原有小γ’颗粒长大;拉伸过程中材料表现为韧性断裂,局部组织缺陷对拉伸强度有明显影响,而γ’相和碳化物阻碍位错运动,使得位错在γ’和碳化物区域堆积,并形成位错缠结.     

GH141合金的高温拉伸及持久性能

研究了热处理对GHl41合金760℃拉伸及900℃／170MPa持久性能的影响及合金显微组织与高温力学性能之间的关系。结果表明，GH141合金的760℃屈服强度σ0.2^760与晶粒平均直径D之间仍符合Hall—Petch关系；γ′强化机制可用位错切绕转换模型描述；晶界碳化物的种类、数量和尺寸对合金的持久寿命影响显著；晶内强度与晶界强度的合理匹配也是获得高持久寿命的重要因素。     

高应变率下温度对单晶铜拉伸微观变形的影响机理

目的 以单晶铜为研究对象,探究5×109 s^-1高应变率下温度对单晶铜的应力及微观变形的影响,为设计、制备高性能单晶铜导线提供理论依据。方法 运用分子动力学模拟技术,构建尺寸为10.8 nm×10.8 nm×10.8 nm的单晶铜模型,在应变率为5×109 s^-1,温度为100～1 100 K范围内对单晶铜进行x、y、z三轴拉伸,模拟其应力应变、位错密度、晶体结构转变规律,对晶体的有序性和孔洞体积分数的微观结构变化进行研究。结果 随着温度的升高,单晶铜的屈服强度降低,在温度为1 100 K时单晶铜的屈服强度比100 K时降低了约55%,与屈服强度相对应的应变数值会提前约5%。得到了100～1 100 K温度范围内应力-应变曲线,该曲线包括3个阶段,即弹性变形阶段、塑性变形阶段和应力下降阶段。对应力变化的原因进行分析,当应力达到屈服点后,单晶铜内部出现孔洞形核,孔洞快速长大并合并;在变形的同时,晶格结构发生转变,在1 100 K温度时FCC结构全部转变为Other结构;利用径向分布函数对晶格有序性进行分析,发现在高应变下会产生非晶结构。结论 随...     

含孔洞缺陷的单晶α-Ti单轴拉伸下的微观变形机理及力学性能

采用分子动力学方法模拟了含球形孔洞的单晶α-Ti在单轴拉伸载荷作用下孔洞的生长过程和微观力学特性。研究表明,低应变率作用下,材料应力-应变曲线出现四个不同响应阶段:初始线性阶段、急剧下降阶段、快速增长阶段、快速下降至平稳阶段。由模拟结果原子构型图观察得知,对于孔洞赤道附近的锥面〈a〉型滑移系{1101}〈1120〉和{1011}孪生是孔洞生长的主要形式。通过研究模型尺寸、应变率、孔洞体积分数对单晶α-Ti材料力学性能的影响,结果表明:该材料的初始屈服应力随着模型尺寸、孔洞体积分数的增加而减小,随着应变率的增加而增大;杨氏模量只与孔洞体积分数有关,并随着孔洞体积分数的增大而减小。     

定向凝固NiAl合金的拉伸行为研究

研究了定向凝固NiAl-Mo(Hf)和NiAl-Fe(Nb)合金的拉伸行为和显微组织变化.结果表明,两种合金在一定的拉伸条件下均具有反常的屈服行为和中温脆性.反常屈服和中温脆性行为与合金中含有的Ni3Al相有关.两种合金在高温时还表现出高应变速率的超塑性变形行为.超塑性变形的主要机理是位错滑移和攀移产生的应变硬化与动态回复和动态再结晶的应变软化作用相平衡.超塑性变形试样的断口呈韧性特征,在断裂区有孔洞产生.     

含Ni夹杂的纳米晶Cu基体力学性能分子动力学模拟

通过拉伸加载的方式研究以Cu为基体、Ni为夹杂的Cu/Ni纳米晶薄膜的力学性能,以及夹杂尺寸、形状对薄膜屈服强度的影响。基于原子嵌入势函数,运用分子动力学方法分析夹杂与位错的相互作用。结果表明:Ni夹杂的引入降低了材料的屈服强度;而在塑性变形阶段依靠界面及Ni原子间较强的相互作用力,夹杂能够阻碍位错的传播,起到强化作用。对于正方形、横置矩形、圆形和竖置矩形的夹杂,当横截面积为6.9nm~2时,薄膜的屈服强度接近;当横截面积为15.7nm~2时,含横置矩形夹杂的薄膜具有最大屈服强度,为7.41MPa;当横截面积为3.1nm~2时,含圆形夹杂的薄膜具有最大屈服强度,为6.93MPa。     

磷对GH761合金固溶水淬组织屈服强度的影响

通过固溶水淬处理抑制γ'相析出,获得单一γ相组织,研究了磷对GH761合金基体γ相的强化作用及其机制.结果表明,磷对合金的晶粒组织没有显著影响,但是使GH761合金基体γ相的室温和650℃拉伸屈服强度和室温硬度提高.磷对基体变形过程中的位错运动具有明显的影响,低磷含量时滑移线平直;磷含量升高使滑移线弯曲并互相缠结.磷提高合金基体的强度,阻碍晶粒变形,是其降低合金蠕变速率的重要原因.     

一种含4.2%Re单晶镍基合金的蠕变行为与组织演化规律

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了一种含4.2%Re镍基单晶合金的蠕变行为和组织演化规律。结果表明:单晶合金在试验的温度和应力范围内,对施加应力和温度有明显的敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的激活能和应力指数。在蠕变初期,合金中γ′相沿垂直于应力轴方向形成N-型筏状结构,蠕变断裂后在远离断口区域形成的筏状γ′相逐渐转变成扭曲形态,在近断口区域的筏状组织转变成与施加应力轴方向呈近45°角度倾斜。合金在稳态蠕变期间的变形机制是位错攀移越过γ′相,位错的攀移通过割阶沿位错线运动而逐步实现;而在蠕变后期,合金的变形机制是位错剪切筏状γ′相。     

Ni-25Cr-20Co合金时效组织结构及性能研究

在Thermo-Calc热力学软件模拟计算基础上,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱检测和透射电子显微镜研究了Ni-25Cr-20Co合金在长期时效过程中析出相的变化情况及对性能的影响,理论分析了γ′相颗粒粗化对合金拉伸变形过程中第二相与位错交互作用机制的影响。结果表明:经750℃时效后合金中析出MC、M_(23)C_6和γ′相,γ′相的体积分数约为16%。长期时效后,γ′相颗粒的平均尺寸与时间t符合LSW理论,受溶质原子扩散及γ/γ′界面能的影响。时效后合金的拉伸强度明显增加,随时效时间的延长,拉伸强度逐渐降低。随γ′相的粗化,拉伸变形过程中第二相与位错交互作用的机制由位错热攀移机制→位错切割机制→Orowan绕越机制转变为位错热攀移机制→Orowan绕越机制→位错切割机制。     

第二代单晶高温合金DD6长期时效后的拉伸性能

研究了第二代单晶高温合金DD6长期时效后的拉伸性能.结果表明:980℃长期时效后,[001]取向DD6合金760℃条件下保持了良好的高温拉伸性能;时效1000 h,抗拉强度仍然大于1000MPa,屈服强度接近900MPa;γ'相的变化对DD6合金760℃条件下的拉伸性能没有明显影响.