孔洞对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响

采用分子动力学方法研究了孔洞尺寸、数量以及位置对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响,分析了材料内部的微观缺陷演化及其与材料力学性能之间的关系。结果表明:Nb元素的加入提高了单晶γ-TiAl合金的屈服强度和弹性模量;随孔洞尺寸和数量的增加,含Nb单晶γ-TiAl合金的屈服强度依次减小,这主要是因为孔洞在拉伸过程中充当位错源的作用,它为位错的形核和发射提供了条件;多个孔洞平行于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最大,垂直于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最小,最容易导致材料失效。     

Ta掺杂对γ-TiAl基合金块状组织和力学性能的影响

研究了Ti-48Al-2Nb-2Cr-xTa(x=0,1.0,2.0)(原子分数,%)合金α单相区淬火,块状组织(γ_m相)的演变规律,采用EBSD(电子背散射衍射)技术对晶粒取向进行表征。结果表明,在快速冷却条件下,微量Ta元素的添加能够促进γ_m相的析出,促进(体积分数大于50%)或者抑制(体积分数小于50%)γ_m相析出的Ta元素临界含量为2 %(原子分数)。Ta元素能够细化γ_m相亚颗粒,同时,不同种类γ_m变体可直接在α₂晶粒内以BOR形核,在生长过程中发生了沿着{111}γ密排面的变体选择,使得第二代γ_m变体偏离BOR。     

γ-TiAl合金的研究与开发

γ-TiAl及其合金的科学研究追溯于20世纪50年代中期,一些相关的技术开发工作到20世纪70年代相继涌现.自1980年以来,γ-TiAl系列合金相继取得了专利产权,合金的成分越来越复杂,合金化强度越来越高.Y-W.kim和D.M.dimiduk根据此类合金的成分变化及力学性能改善等特征对这些合金做了分类,大致分成3代,见表1.……     

热暴露对γ-TiAl合金表面缺陷损伤容限的影响

研究了热暴露(700℃,10 000 h)对高强度全片层γ-Ti Al合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B表面缺陷损伤容限的影响,采用扫描电子显微镜研究了热暴露导致γ-Ti Al合金的显微组织变化,并将之与在交变载荷下的表面短裂纹行为和长裂纹扩展行为联系起来.研究发现,在热暴露后,该合金的疲劳强度提高,且长疲劳裂纹启裂门槛值改善,但热暴露导致该合金短裂纹效应的尺寸范围明显增大.采用Kitagawa-Takahashi线图的形式总结和分析了实验结果,分析了热暴露引起的疲劳强化、疲劳失效的非安全短裂纹的尺寸变化以及长裂纹的启裂门槛值的变化,定量确定了热暴露对表面缺陷的损伤容限.长期热暴露所导致的材料内部应力释放、偏聚缓解、缺陷钝化显著影响裂纹尖端的应力状态,更有利于增大长裂纹的启裂抗力并减缓长裂纹的扩展速率.     

铌对单晶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铌元素对单晶γ-TiAl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,模拟边缘裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了铌元素对γ-TiAl能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了铌元素对裂纹扩展的影响。研究结果表明:加入铌元素后,在相同的应变率条件下,试件的断裂时间延长,能量变化曲线有两个波峰并且出现明显的上下波动的现象;随着应变增加,应力先增大后逐渐减小;裂纹扩展缓慢,形成的断面不平滑,而且裂纹扩展的形态也发生变化。     

γ-TiAl合金涂层防护的最新研究进展

基于γ-TiAl的钛铝合金己证实可以满足汽车内燃机和航空发动机的需求。目前钛铝合金己用于小型汽车系列。但是，γ-TiAl用于航空发动机，如作为高压压缩机或低压涡轮机翼存在的风险和成本问题，却高于现有发动机所允许的范围，这样阻碍了合金在航空发动机方面的应用。然而，钛铝合金的发展潜力却是无可置疑的，因此推动了世界范围的研发活动。最新的研究进展表明与γ-TiAl航空发动机部件相关的问题可能可以解决，因此在不远的将来，航空发动机很可能安装γ-TiAl部件。     

温度对单晶γ-TiAl合金裂纹扩展的影响的分子动力学模拟

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。     

表面处理对近片层γ-TiAl合金拉伸性能的影响

研究了表面处理对近片层γ-Ti Al合金Ti-45Al-5Nb-1W-1B(原子分数,%)拉伸性能的影响。研究表明:喷丸试样在室温和高温下都具有最高的抗拉强度,车削加工试样的室温抗拉强度与喷丸试样接近,但是高温抗拉强度明显降低。电解抛光试样的室温抗拉强度最低,但是高温抗拉强度与喷丸试样类似,都显著提高。喷丸和车削加工试样都出现一个压应力区,但是喷丸还出现一个大约300μm厚的变形区,其压应力明显比车削加工试样的大,同时压应力的引入使裂纹萌生的位置也发生了变化。     

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。     

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。     

切削深度对单晶γ-TiAl合金亚表面缺陷及残余应力的影响

本工作采用分子动力学方法模拟了单晶γ-TiAl合金在不同切削深度下的切削过程,分析了不同切削深度下微观缺陷演化及稳定切削后的内应力演变,研究了切削后残余应力和von Mises应力等在不同切削深度下的分布规律,讨论了不同切削深度下位错和层错等微观缺陷演化及内应力演变之间的关系.结果表明:位错反应及层错演化随着切削深度的增加越来越剧烈,位错反应对Lomer-Cottrell位错的形成影响较大;刀具挤压工件表面形成的残余压应力受层错演化及位错反应的影响,位错反应的剧烈程度影响内应力的大小,且残余压应力存在于亚表面下的一定深度内;同时发现切削深度的变化对von Mises应力的影响较小.     

挤压开坯γ-TiAl合金的热变形行为研究

采用Gleeble-1500试验机对经过挤压比为12开坯后的γ-TiAl合金在温度为900～1100℃、应变速率为0.01～1s<'-1>、变形量为70%等温恒应变速率下的热变形行为进行了研究,获得了变形条件范围内的流变应力数据,并利用Ze-ner-Hollomn参数和Arrhenius方程得出γ-TiAl合金的本构方...     

铌和钨对γ-TiAl基合金热稳定性的影响

采用光学显微镜(OM)，扫描电镜(SEM)，X射线衍射研究了TiAl—5Nb，TiAl—14．3Nb，TiAl—8Nb—1W，TiAl—12．3Nb-2W四种合金片层组织在1000℃的热稳定性。结果表明，TiAl—12．3Nb-2W合金热稳定性最好，但合金元素对TiAl基合金热稳定性的影响机理还有待进一步的研究。     

单晶γ-TiAl合金微裂纹扩展行为的分子动力学模拟

为了从微观原子结构探索γ-Ti Al合金裂纹扩展的机理,研究了恒定加载速度下温度对γ-Ti Al合金中裂纹扩展的影响。采用分子动力学方法对单晶γ-Ti Al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。     

空位缺陷对单层MoS2力学性能的影响

利用经典分子动力学方法,通过对单层MoS_2力学行为进行单轴拉伸仿真模拟,研究空位缺陷对结构力学性能的影响。结合第一性原理计算,初步探索了单层MoS_2的宏观力学行为与其微观电子结构变化的关联影响。模拟结果表明:空位缺陷使单层MoS_2的力学性能严重劣化,且其影响程度随空位缺陷类型的不同而存在差异,与V_S相比,V_(S2)对上述力学性能的影响更为显著,浓度为0.4%的V_S及V_(S2)缺陷可使MoS_2断裂极限下降10%和23%,且降幅随缺陷浓度的增加而增加。此外,单轴拉伸与V_S、V_(S2)等空位缺陷的存在,均可显著降低单层MoS_2的禁带宽度,这可能与拉伸和空位缺陷均能引起Mo-d和S-p轨道杂化强度与Mo-S键键强的减弱有关。     

Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.     

bcc-Fe空位浓度对辐照损伤影响的分子动力学模拟

中子辐照引起的位移级联能在金属中产生各种缺陷.通过三维分子动力学方法模拟了bcc-Fe在不同空位浓度下中子辐照的位移级联过程.模拟结果表明,在空位浓度0％和初始碰撞原子能量5keV的情形下,位移级联过程会出现大量空位、间隙原子团等缺陷.经过0.5ps后点缺陷数量NF达到最大值1632,之后其逐渐减少,10ps后稳定在6...