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片层厚度对双相tial合金力学性能影响的纳米压痕研究

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稀有金属材料与工程 2022年第2期51卷 629-636页

作者：刘兴华芮执元付蓉曹卉文洮剡昌锋兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学有色冶金新装备教育部工程研究中心甘肃兰州730050 甘肃省计算中心甘肃兰州730030

为研究纳米压痕过程中片层厚度和γ/α_(2)相界对双相tial合金变形行为及力学性能的影响,针对5种不同厚度的双相tial合金模型,采用分子动力学的方法模拟计算了金刚石压头以垂直于γ/α;相界方向分别压入γ和α;相的纳米压痕过程。结果表... 详细信息

为研究纳米压痕过程中片层厚度和γ/α_(2)相界对双相tial合金变形行为及力学性能的影响,针对5种不同厚度的双相tial合金模型,采用分子动力学的方法模拟计算了金刚石压头以垂直于γ/α;相界方向分别压入γ和α;相的纳米压痕过程。结果表明:材料的硬度随片层厚度的减小而增大,当片层厚度减小至7nm时,材料的硬度达到最大值,进一步减小片层厚度时,材料的硬度反而减小。材料的弹性模量也会随片层厚度的变化而改变,与硬度呈现正比关系。此外,在纳米压痕过程中,压头压入γ相时,变形行为以{111}面的层错为主,γ/α_(2)相界会阻碍位错的运动;压头压入α;相时,变形行为以(0001)基面的堆垛层错为主,基面上Shockley不全位错的运动会导致材料表面产生相变,且棱柱面滑移被激活。

关键词：片层厚度双相tial合金力学性能纳米压痕分子动力学

层片状双相tial合金拉伸与压缩变形行为差异

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金属学报 2000年第3期36卷 308-312页

作者：姚可夫乾晴行山口正治清华大学机械系北京100084 京都大学工学部

Ｓ本文研究了层片状双相ＴｉＡｌ合金的室温拉伸压缩变形行为与断裂行为，发现在拉压变形条件下，其室温塑性有显著差异．并且这种差异与裂纹扩展路径有关．在室温拉伸与压缩变形时，该合金的拉压屈服应力随外载与层片界面间的夹角ψ的... 详细信息

Ｓ本文研究了层片状双相ＴｉＡｌ合金的室温拉伸压缩变形行为与断裂行为，发现在拉压变形条件下，其室温塑性有显著差异．并且这种差异与裂纹扩展路径有关．在室温拉伸与压缩变形时，该合金的拉压屈服应力随外载与层片界面间的夹角ψ的变化趋势一致，而拉压断裂应变εｆ随夹角ψ的变化趋势正好相反．外载与层片界面垂直时（ψ＝９０°），拉伸断裂应变最小（εｆ≈０）；压缩断裂应变最大（εｆ≈３８％）．夹角ψ减小时，拉伸断裂应变增加，压缩断裂应变减小在拉、压变形时裂纹的扩展路径不同。

关键词：双相tial合金层片界面断裂应变裂纹扩展

基于内聚力模型的双相tial合金裂纹扩展的多尺度模拟

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基于内聚力模型的双相TiAl合金裂纹扩展的多尺度模拟

作者：张成兰州理工大学

学位级别：硕士

tial合金由于具有高比强度、耐高温和低密度等优点,使其在航空航天,医疗器械以及汽车部件等领域具有广阔的发展前景。裂纹是导致tial合金失效的重要因素,涉及到人们的生命和财产安全,因此揭示裂纹扩展规律对于有效抑制裂纹和预测疲劳寿... 详细信息

tial合金由于具有高比强度、耐高温和低密度等优点,使其在航空航天,医疗器械以及汽车部件等领域具有广阔的发展前景。裂纹是导致tial合金失效的重要因素,涉及到人们的生命和财产安全,因此揭示裂纹扩展规律对于有效抑制裂纹和预测疲劳寿命都具有重要意义。在微观尺度中,其缺陷在外界条件的作用下会使得介观组织产生损伤,并进一步演化为宏观裂纹,导致材料的失效和破坏并影响其使役性能。为此,需要通过一种方法将微观缺陷、介观晶体损伤和宏观断裂有机的结合在一起,进而从定量与定性两方面解释其中的断裂机制,以更有效的进行微观属性和宏观性能之间的预测。因此,本文建立了tial合金的两两尺度间耦合的多尺度模型,分析了微观尺度到介观尺度和宏观尺度下的裂纹扩展行为,并通过宏观尺度的应力强度因子与实验结果进行比较,具体工作如下:1.从实验中统计了tial合金的晶粒分布状况,采用Voronoi镶嵌方法生成了多晶tial合金介观模型。利用代表性体积单元理论设定了有限元模型中的周期性边界条件,并通过Python二次开发将该理论成功的施加在Voronoi镶嵌模型中;讨论了三种不同断裂形式之间的区别,选定了研究所需要的张开型(I型)裂纹扩展类型,并以此建立了紧凑拉伸试样(CT)标定模型。此外,基于内聚力理论实现了有限元模型中的内聚力区域断裂模拟。2.研究了tial合金中两相晶胞的原子堆积和排列方式的影响,确定了两个界面的晶向排布。利用分子动力学(MD)建立了真孪晶(TT)γ/γ界面和α/γ界面的模型。在两个模型中都施加了张开型裂纹加载方式,并分别对相同温度(300K)下γ/γ界面在无初始缺陷、含钝裂纹和钝裂纹+中心孔洞条件以及不含初始缺陷的α/γ和γ/γ界面在1K,300K和500K温度下进行模拟,得到相应的裂纹扩展行为并分析了其断裂机制。根据内聚力理论中的牵引-分离(T-S)关系提取了界面上的内聚力本构参数,并讨论了本构参数之间的差异。3.通过几何相似性得到了介观多晶有限元模型,并将不同条件下的内聚力本构参数耦合到该模型中,得到了其不同缺陷和不同温度下的临界应力断裂云图以及拉伸断裂关系曲线;阐述了不同条件下的界面参数对单相多晶和双相多晶的沿晶断裂影响,并分析了单/双相多晶的断裂行为之间的区别;根据连续介质力学建立了宏观有限元模型(FEM),通过对紧凑拉伸试样的模拟给出了力-位移响应曲线并得到了材料的断裂韧性,用以验证该模型的有效性,并阐明了不同缺陷和温度对裂纹断裂韧性的影响。

关键词：双相tial合金分子动力学内聚力模型裂纹扩展多尺度

等轴细晶Ti-45Al-7Nb合金的高温机械性能及变形机制

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稀有金属材料与工程 2022年第5期51卷 1543-1549页

作者：王雪峥宋晓雷段振鑫陈华长春工业大学吉林长春130012

采用粉末冶金法制备了双相等轴细晶Ti-45Al-7Nb(原子分数)合金,研究了该合金在温度为900、950和1000℃以及应变速率为1×10^(−3)、1×10^(−4)和5×10^(−5) s^(−1)条件下的高温力学性能,并讨论了相应的变形机理。结果表明,在高温或低应... 详细信息

采用粉末冶金法制备了双相等轴细晶Ti-45Al-7Nb(原子分数)合金,研究了该合金在温度为900、950和1000℃以及应变速率为1×10^(−3)、1×10^(−4)和5×10^(−5) s^(−1)条件下的高温力学性能,并讨论了相应的变形机理。结果表明,在高温或低应变率下,Ti-45Al-7Nb合金的极限拉伸强度逐渐降低,但伸长率显著增加。由于细小晶粒容易实现变形和协调,其伸长率明显高于粗晶粒合金。高温拉伸后,合金在裂缝处形成大量的空洞,并在裂缝前部形成大量垂直于拉伸方向的长裂纹。此外,晶界的滑动、晶粒的孪生和动态再结晶也导致了合金变形,从而提高了微观组织的延展性。

关键词：双相tial合金等轴细晶高温拉伸变形机理

原位合成Al_2O_3颗粒增强双相tial基复合材料的组织与性能

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中国有色金属学报 2007年第11期17卷 1849-1854页

作者：艾桃桃王芬冯小明郭从盛陕西理工学院材料科学与工程学院汉中723003 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021

以Ti-Al-TiO2反应体系为基础,添加不同含量的Nb2O5粉,采用压力协助原位合成Al2O3颗粒增强的双相tial基复合材料,对复合材料的组织和力学性能进行了分析讨论,并探讨了其增韧机制。结果表明:Nb2O5的掺杂使复合材料的相对密度和硬度得到提... 详细信息

以Ti-Al-TiO2反应体系为基础,添加不同含量的Nb2O5粉,采用压力协助原位合成Al2O3颗粒增强的双相tial基复合材料,对复合材料的组织和力学性能进行了分析讨论,并探讨了其增韧机制。结果表明:Nb2O5的掺杂使复合材料的相对密度和硬度得到提高,抗弯强度和断裂韧性在Nb2O5掺杂量为6%(质量分数)时达到最大,分别为398.38 MPa和6.992 MPa.m1/2。微观组织分析表明,获得了双相组织,Al2O3颗粒分布于基体晶界处;随Nb2O5的掺杂量增大,Al2O3颗粒呈细小弥散分布,同时基体晶粒尺寸也减小。双相基体晶粒的细化及Al2O3颗粒的弥散分布是赋予材料高韧性的主要增韧机制。

关键词：双相tial合金 Al2O3 原位反应组织结构力学性能增韧机制