γ-TiAl多晶拉伸變形中晶界與含孔洞晶界力學行為的MD研究.pdf

1、金屬材料中普遍存在著晶體缺陷，這些缺陷導致材料在實際應用過程中的強度和剛度都明顯低于理論預期。對于多晶金屬材料來說，晶界的存在以及各晶粒之間位向的多樣化，使得材料在外力作用下發(fā)生的塑性變形和斷裂行為以晶界力學行為為主導，如晶界滑動、晶界發(fā)射位錯、晶界阻礙位錯滑移、沿晶界斷裂等等。同時，孔洞是引起材料發(fā)生破壞的重要根源之一，孔洞的長大與聚合會導致材料的力學性能急劇下降，而至今學術界對γ-TiAl多晶拉伸變形原子尺度下的微觀機制關注較少。因

2、此本文基于Voronoi算法構建γ-TiAl多晶晶胞，采用分子動力學（MD）方法模擬γ-TiAl多晶拉伸變形，探究晶界和晶界孔洞對γ-TiAl多晶拉伸變形微觀機制的影響，在原子尺度下分析γ-TiAl多晶拉伸變形中的晶界力學行為。
　　采用MD方法模擬不同平均晶粒尺寸和應變率時γ-TiAl多晶的單向拉伸變形，結果表明：隨著拉伸應變率的增大，應力峰值增大；而隨著晶粒尺寸減小，應力峰值減小，呈現(xiàn)出明顯的反Hall-Petch規(guī)律。通過觀

3、察原子構型演變可知，拉伸變形中部分晶界嚴重扭曲，表明晶界滑動是其主要的變形機制；同時，位錯只從三岔晶界發(fā)射并向晶粒內部滑移，起協(xié)調變形的作用。各晶粒晶界與晶內切應力的不均勻分布，使得部分晶粒在拉伸中發(fā)生顯著的轉動，模擬晶胞邊界處的晶粒轉動角度較中間晶粒的大。位錯在晶界滑動與晶粒轉動之后形核，可知拉伸變形初期的晶界滑動和晶粒轉動為位錯形核提供了位向和切應力條件。
　　在上述完整γ-TiAl多晶晶胞中的幾個特定晶界位置（二維、三維晶界

4、等）構建球形孔洞，其半徑分別為0.5nm、0.8nm和1nm。對此含晶界孔洞的γ-TiAl多晶晶胞的拉伸變形進行MD模擬，結果表明：晶界孔洞使晶胞應力峰值降低，且應力峰值變化受孔洞位置與孔洞大小的影響。含晶界孔洞γ-TiAl多晶的拉伸塑性變形也是位錯協(xié)調的晶界滑動，同樣伴隨著晶粒轉動，孔洞位置和孔洞大小對初始位錯形核位置有一定的影響。拉伸變形中含晶界孔洞的晶胞裂紋形核位置和完整晶胞相似，均在位向與拉伸方向幾乎垂直的晶界局部應力集中處形核