Ni/Ni3Al拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Ni/Ni_3Al的拉伸力学性能。首先模拟了在室温、恒定应变速率环境下γ′强化相的含量对Ni/Ni_3Al拉伸力学性能的影响,重点研究了具有3种典型特征的γ′强化相含量的Ni/Ni_3Al微观组织演化。研究结果表明:相比于单晶Ni,γ′强化相可以提高Ni/Ni_3Al的抗拉强度。这是因为在塑性变形过程中,随着位错的不断增殖,位错密度逐渐增大,导致位错塞积,增大了位错运动的阻力,提高了抗拉强度。接着研究了温度对Ni/Ni_3Al拉伸力学性能的影响,发现Ni/10%Ni3Al(体积分数,下同)的抗拉强度随着温度的升高呈下降趋势。这是因为随着温度的升高,原子动能增大,导致原子热运动更剧烈,原子间的结合力更弱,脱离平衡位置的原子来不及回到平衡位置,fcc结构转变为大量的hcp结构和其他无序原子排列结构,导致晶格畸变,降低了抗拉强度。最后研究了应变速率对Ni/Ni_3Al的拉伸力学性能的影响,结果表明,抗拉强度对低应变速率不敏感,对高应变速率敏感。     

γ-TiAl中<110>倾斜晶界断裂行为的分子动力学模拟(英文)

采用分子动力学(MD)方法研究γ-Ti Al合金中<110>对称倾斜界面的断裂行为,模拟在不同温度与应变速率下垂直界面方向的拉伸变形。结果表明:晶粒的相对取向及晶界特定的原子结构是影响位错形核临界应力的两个主要因素。取向差角度大于90°的Σ3(111)109.5°、Σ9(221)141.1°和Σ27(552)148.4°界面,位错在晶界处形核和扩展;取向差角度小于90°的Σ27(115)31.6°和Σ11(113)50.5°界面,无位错在晶界处形核,当应力达到峰值后界面直接断裂。γ-Ti Al双晶的断裂机制为微裂纹在界面处的形核及沿界面扩展;不同取向差界面的区别在于裂纹前端有无塑性区增韧。     

纳米单晶γ-TiAl合金应变速率效应分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟不同应变速率下纳米单晶γ-TiAl合金中裂纹的扩展,利用速度加载方式对预置裂纹的单晶γ-TiAl合金进行动态单向拉伸,模拟过程中施加应变速率为5.0×10~7～7.5×10~9 s~(-1)。结果表明:不同的应变速率范围下裂纹的扩展形式差异很大。在不敏感区(ε≤4×10~8s~(-1)),裂纹呈解理扩展;在敏感区(4.0×10~8s~(-1)ε≤1.0×10~9s~(-1)),前期呈现解理扩展特征,后期裂纹扩展通过裂尖发射滑移位错,位错塞积萌生空洞,空洞形核长大形成子裂纹,ε≤5.0×10~8s~(-1)时,子裂纹发生偏向,与主裂纹呈45°方向串接,5.0×10~8s~(-1)ε≤1.0×10~9s~(-1)时,子裂纹与主裂纹同向串接,最终导致裂纹扩展直至断裂;在突变区(ε≥1.0×10~9s~(-1)),因应变强化作用使裂纹不在应力最大时刻启裂,出现裂纹扩展后应力持续增加一段时间后减小的现象,高应变速率导致裂尖前端多处区域的原子结构局部非晶化,最终在原子结构混乱处萌生微裂纹,微裂纹扩展导致"试件"多处开裂。     

温度对TiAl涂层微裂纹扩展影响的分子动力学研究

运用分子动力学方法对不同温度下TiAl合金的微裂纹扩展过程进行了研究，建立了TiAl合金分子动力学模型，通过共同近邻分析和位错分析得到了其在微观尺度下裂纹扩展的变形机制，并采用扫描电镜原位拉伸TiAl涂层试验对模拟结果进行了验证。结果表明，在分子动力学模拟和扫描电镜原位拉伸试验中均可见裂纹向前方[100]晶向扩展，在临近孔洞时，裂纹扩展路径向[110]晶向扩展。在应力加载过程中，体系会发生裂纹尖端钝化、孔洞引导裂纹扩展改变初始扩展方向以及边界塞积等现象。随着温度的升高，原子的活性增强，热运动加剧，裂纹钝化速度增加，裂纹扩展速度变慢。体系的能量随着温度的升高而增加，当温度为500 K时，应力达到最大。温度为300～500 K时，TiAl合金的抗塑性较好，晶体结构较稳定，温度为500～1100 K时，体系易发生塑性变形，引发位错增殖，原因是1/2<110>(Perfect)位错与1/6<112>(Shockly)位错在裂尖前方塞积抑制了裂纹的扩展。     

Al0.1CoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学研究

通过分子动力学方法研究了Al_0.1CoCrFeNi单晶高熵合金在室温（300 K）下沿轴向拉伸后的组织和力学性能变化。通过改变模拟应变速率和温度,分析了单晶高熵合金的拉伸性能;通过模拟室温拉伸实验,研究了含表面小裂纹单晶的显微组织和抗拉伸性能。结果表明,当应变速率在一定范围内时,抗拉伸强度随应变速率增大而增大;当应变速率为10¹⁰ s^-1时,杨氏模量和抗拉伸强度随温度降低而增大。表面有贯穿小裂纹的单晶高熵合金在拉伸一段时间后出现颈缩现象,随着大量滑移位错的快速发展,裂纹尖端出现应力集中,导致快速断裂。     

单晶Al3Ti拉伸与剪切变形的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究单晶Al3Ti模型的拉伸和剪切力学性能。模拟Al3Ti在常温、恒定应变速率下的拉伸和剪切变形过程,讨论了温度和应变速率对体系拉伸和剪切性能的影响。结果表明,Al3Ti室温下很脆,弹性变形阶段结束后在短时间内体系产生的孔洞和位错迅速发展导致材料破坏。温度升高会导致Al3Ti的抗拉强度、杨氏模量、剪切强度和切变模量降低;应变速率增大能提高材料的拉伸和剪切强度,但不影响杨氏模量和切变模量大小。     

脉冲电流对Inconel 625合金裂纹尖端组织及性能的影响

为了降低裂纹的扩展速率并提高其性能,利用高密度脉冲电流对带有预制单边裂纹的Inconel 625进行止裂处理。利用金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)对脉冲电流处理前后裂纹尖端微观组织结构进行分析;利用维氏硬度计及拉伸试验机对脉冲电流处理前后试样的显微硬度、抗拉强度及伸长率进行测量。结果表明:脉冲电流处理后裂纹尖端组织由等轴晶转变为枝晶,且在枝晶前方有细小晶区出现,晶粒内部位错密度降低,位错平行排布向晶界处运动。经脉冲电流处理后,裂纹尖端的显微硬度少量增加,在不降低伸长率的同时,试件抗拉强度提升23.85%。     

环境条件下Ni3Al类型金属间化合物的疲劳行为

综述近年来Ni_3Al类型金属间化合物疲劳行为的研究进展，着重讨论了温度和介质对材料疲劳性能的影响。氢和水蒸汽的存在促进了裂纹的扩展；试验温度的升高使Ni_3Al类型合金的疲劳裂纹扩展速率增大。     

单晶/多晶镍拉伸力学性能的分子动力学模拟

为了提高航空发动机推重比,采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题,采用分子动力学对盘叶连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的拉伸力学性能进行模拟。首先对比了不同晶态镍拉伸力学性能,发现由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于萌生孔洞,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了SPSNi的应变速率效应与温度效应。当应变速率1*10~8 s~(-1)e2*10~(10) s~(-1)时,SPSNi对加载应变速率几乎不敏感,抗拉强度σ_b小幅上升。超过2*10~(10) s~(-1)之后,抗拉强度σb随着应变速率的增加而迅速下降。这是因为在高应变速率下,SPSNi的fcc原子大规模且迅速转变为无序的非晶结构,导致了SPSNi承载能力迅速下降,可以将应变速率2*10~(10)s~(-1)作为SPSNi抗拉强度的阈值。SPSNi的抗拉强度σ_b随温度的升高而线性下降。这是由于在温度的影响下,塑性变形阶段SPSNi界面失配位错网络的初始镶嵌结构逐渐变得不规则,初始失配应力随着温度的升高而下降。     

纳米级铱单晶不同温度拉伸的分子动力学解析

针对面心立方金属铱单晶独特的韧脆变形特征,采用分子动力学方法研究了纳观尺度下的铱单晶在不同温度下的拉伸变形行为。通过分析不同温度拉伸过程中的应力应变关系,势能变化和原子构型图,认为随着温度的上升,纳米级铱单晶沿[100]晶向的弹性模量逐渐下降,抗拉强度也逐渐降低。温度为300 K时拉伸变形过程中在晶体内仅有少量空位和位错产生,600和800 K拉伸变形过程中在晶体内有滑移,位错和空位产生。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为

文中研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。结果表明,在1%NaCl溶液(质量分数)中,AZ31镁合金接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值和强度均低于在空气环境中的结果,但裂纹扩展速度较高。在空气环境下,在裂纹扩展起始阶段,母材区域门槛值最低,裂纹最容易扩展,而在裂纹稳定扩展区域,焊核区域的裂纹扩展速率最快,为da/dN=7.80×10~(-6)(ΔK)~(2.78),前进侧热力影响区的裂纹扩展速率最慢,为da/dN=1.94×10~(-5)(ΔK)~(1.73)。在腐蚀疲劳环境下,母材区域的门槛值最小,最容易发生扩展行为,进入稳定扩展阶段时,后退侧热力影响区扩展最快,为da/dN=3.12×10~(-4)(ΔK)~(1.71),焊核区域扩展最慢,为da/dN=2.78×10~(-4)(ΔK)~(1.50)。AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展机理主要是裂纹尖端的阳极溶解和氢脆机理。裂纹扩展路径曲折复杂,裂纹中部发现裂纹"闭环"和分叉形貌,裂纹尾部细小,出现裂纹"跳跃"情况,裂纹尖端附近的施密特因子分布不均匀,裂纹尖端附近的组织整体呈现较软的取向,裂纹总是沿着易于滑移的软取向组织扩展。     

金属Mg二阶锥面〈c+a〉刃位错运动特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟金属Mg的二阶锥面c+a刃位错在温度为300 K下的运动过程,研究不同大小及方向的外加剪切应力作用下的位错运动特性和结构演化规律。结果表明,实际驱动位错运动的有效剪切应力低于外加剪切应力;位错运动速率随外加剪切应力的增大而线性增大,在同等剪切应力下,对应于c轴拉伸变形时的位错运动速率高于c轴压缩,相应的拖曳系数显著高于同等温度下基面和柱面刃位错。位错运动特性的拉-压非对称性本质上与外加剪切应力对扩展位错宽度的影响有关。     

淬火速率对砂铸Al-7Si-0.4Mg合金拉伸性能及疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了淬火速率对峰值时效状态下的砂铸Al-7Si-0.4Mg合金拉伸性能及疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,随着淬火速率的提高,合金的抗拉强度、屈服强度以及α(Al)相的显微硬度均有提高,抗拉强度和屈服强度与淬火速率的对数值近似成线性关系.淬水速率对合金的延伸率影响较小,但对合金的室温疲劳裂纹扩展速率有明显影响,较高的淬火速率可以明显提高合金的疲劳裂纹扩展阻力.     

Al含量对单晶TiAl合金力学性能的影响（英文）

通过改变TiAl中Al的含量,用分子动力学方法研究了Al含量对含有裂纹的单晶TiAl试件性能及裂纹扩展的影响,分析了不同Al含量下的应力-应变曲线,缺陷的演化过程。模拟结果表明:Al含量不同,材料的弹性模量和强度也不同。Al含量低于45 at%时,由于层错和位错的产生以及位错反应和运动产生的空位和空位的迁移提高了试件的塑性使得试件表现出良好的塑性,而大于该含量时,试件呈明显的脆性;Al含量较低时,裂纹以塑性变形的方式扩展,Al含量较高时,裂纹以脆性方式断裂。即Al含量会影响材料的性能;随着Al含量降低,试件的塑性增强,此外,Al含量对裂纹的扩展机制也有很大影响。     

Al-Zr(CO_3)_2体系反应合成复合材料的力学性能与断裂行为①

利用Al Zr(CO3)2原位反应体系,采用熔体反应法制备了(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料。XRD及SEM分析显示:原位反应生成的颗粒为Al3Zr和Al2O3,颗粒细小并均匀分布在基体中。拉伸实验表明:(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒含量的增大显著提高,当颗粒体积分数为10%时,复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为148.3MPa和110.5MPa,但延伸率先上升后下降。原位拉伸研究表明:复合材料拉伸过程中裂纹的萌生及扩展机制可从两方面得到解释:滑移过程中的位错作用机制以及颗粒脱粘和破碎形成的"孔洞"成核与长大机制。     

Al-Zr(CO3)2体系反应合成复合材料的力学性能与断裂行为

利用Al-Zr(CO3)2原位反应体系,采用熔体反应法制备了(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料.XRD及SEM分析显示:原位反应生成的颗粒为Al3Zr和Al2O3,颗粒细小并均匀分布在基体中.拉伸实验表明:(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒含量的增大显著提高,当颗粒体积分数为10%时,复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为148.3 MPa和110.5 MPa,但延伸率先上升后下降.原位拉伸研究表明:复合材料拉伸过程中裂纹的萌生及扩展机制可从两方面得到解释:滑移过程中的位错作用机制以及颗粒脱粘和破碎形成的"孔洞"成核与长大机制.     

扭转角和晶向对含微缺陷纳米镍双晶断裂的影响EI北大核心CSCD

采用分子动力学方法研究了单轴拉伸载荷下扭转晶界(Twist boundary,TB)扭转角和晶向对含微缺陷的纳米镍双晶断裂的影响机理。结果表明:扭转角和晶向决定了扭转晶界处失配位错密度大小,影响位错的形核与发射。随着扭转角的增加,晶界处位错形核与发射增多,裂纹扩展加快,孔洞变形变小,镍双晶断裂从0°时由孔洞导致变为45°时由裂纹扩展导致。对含有不同晶向扭转晶界的镍双晶,(110)扭转晶界镍双晶相比于(010)和(111)扭转晶界镍双晶具有更大的裂纹扩展速率,塑形变形的集中也让孔洞长大不明显,并在应变达到0.3之前就已经完全断裂。而(110)与(111)扭转晶界镍双晶裂纹扩展较难,孔洞长大明显,并在应变达到0.3时也未发生完全断裂,因此拥有更好的延展性。     

温度对钛合金应力腐蚀行为的影响

通过在实验室控制海水温度模拟不同海域和季节海水环境。采用恒位移应力腐蚀实验和慢应变速率拉伸实验(SSRT)考察温度对Ti80钛合金应力腐蚀敏感性的影响规律,结合电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线以及三维视频显微镜和扫描电镜(SEM)分析温度对钛合金的影响机制。结果表明：在常压,5～35℃范围内,随着温度的降低,钛合金样品的应力腐蚀开裂敏感性指数逐渐增大,临界强度因子K1SCC值逐渐减小,应力腐蚀倾向增加。低温海水环境下样品断口局部甚至出现河流花样特征和撕裂岭准解理特征。这是因为低温海水环境中钛合金样品裂纹尖端钝化膜电阻较小、缺陷较多、位错容易堆积从而导致钝化膜局部应力集中,膜致应力增大,与外加应力协同作用下,裂纹成核和扩展加快,导致钝化膜难以修复,应力腐蚀速率加快。     

60kg级埋弧焊丝熔敷金属的疲劳裂纹扩展速率

采用MTS-810低频疲劳试验机,在试验频率为10 Hz条件下,应用三点弯曲法对两种60 kg埋弧焊丝熔敷金属进行裂纹扩展速率实验;绘制熔敷金属裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅ΔK之间的关系曲线。结果表明:利用线性拟合法得到H08Mn2SiA焊丝匹配HJ431焊剂及SJ101焊剂的Paris方程C系数分别为7.5×10^(-42)和1.2×10^(-49),m系数分别为17.32和20.9,计算得出裂纹扩展门槛值ΔK_(th)分别为93.38 MPa·m^(1/2)和101.34 MPa·m^(1/2)。     

剪切载荷条件下镍基单晶合金裂纹扩展与微观结构演化行为研究

目前拉伸载荷下的镍基单晶合金的力学性能研究较为广泛,而剪切载荷对镍基单晶合金的力学性能也十分重要但缺乏研究。本文利用分子动力学方法研究了镍基单晶合金在剪切载荷下的裂纹扩展和微观结构演化,分析了应力-应变、势能和裂纹生长速率的变化。同时,揭示了温度和剪切应变率对裂纹扩展和微观结构演化的影响。结果表明,临界分切应力随温度的降低和应变速率的增大而增大;随着温度的升高以及剪切载荷下发生剧烈的热运动,裂缝表现为加速扩展的趋势;而在较高的应变率影响下,会形成位错塞积和孪晶,出现加工硬化现象。