相变TiAl合金相变行为和拉伸变形行为分子动力学模拟要求

摘要：钛合金是二十一世纪重要的结构材料之一,其以比重小、比强度高、耐腐蚀性好等优异性能被广泛运用于航空航天、车辆船舶、生物医药等领域,成为材料领域的一个新的探讨热点。材料的微观组织和综合力学性能密切相关,钛合金通常通过合金化、热处理以及热变形三种手段来调控材料微观组织使得合金的各项性能达到合适的匹配联系。随着近年来计算机技术的迅速进展,计算模拟已成为材料探讨领域一种重要的探讨手段。而分子动力学以其可以获得常规实验探讨手段中无法得到的微观结构演变细节,而成为计算模拟中一种直观有效的模拟策略。为了探讨Ti-A1合金相变历程与变形历程中的微观机制,本论文基于嵌入法原子间作用势,在原子尺度上对两种低A1含量Ti-A1合金的p→α相变行为以及拉伸变形行为进行了分子动力学模拟,比较浅析了不同Al含量下相变历程的系统内能、径向分布函数、不同晶体结构相对含量的变化以及晶体结构的演化,通过应力-应变、晶体结构浅析等手段对Ti-A1合金拉伸变形历程中不同应变条件对变形行为的影响以及Ti-A1合金微观变形机制进行了探讨,主要以以下两个方面展开浅析讨论：(1)Ti-Al合金的β→α相变为切变相变,通过{110}β原子层间的相互滑移发生,并伴随一定畸变,α新相与p母相之间呈现出{0001}α||{110}β的晶体学联系,与实际相变行为吻合；与Ti-5A1相比,Ti-10A1中的α相形核析出历程更容易发生,这体现出实际相变历程中Al作为α相稳定元素的作用；在相变历程中,晶体中容易出现层错、孪晶界等晶体缺陷,以消除部分因相变历程中发生畸变而引起的应力。(2)模拟中Ti-A1合金的拉伸历程与宏观材料相似,均经历弹性变形阶段和塑性变形阶段,并出现颈缩现象。在弹性变形阶段,应力-应变曲线变化走势依然符合虎克定律；进入塑性变形时,其应力-应变曲线会出现一个突降,并具有较高的屈服强度。在进入塑性变形阶段后,出现较大波动,这与微观变形机制紧密相关。纳米杆的塑性变形机制主要为(0001)面滑移系以及{1012}1011孪晶和{1011}1012孪晶。降低变形速率、提升变形温度有助于降低Ti-Al纳米杆的屈服强度,使塑性变形更容易进行。Al含量的增加会降低Ti-Al的塑性变形能力,使纳米杆更早发生颈缩断裂。关键词：Ti-Al合金论文分子动力学模拟论文相变论文拉伸变形论文

摘要4-6

ABSTRACT6-10

第一章 绪论10-27

1.1 引言10

1.2 钛及钛合金概述10-17

1.2.1 钛的冶金学11-13

1.2.2 合金元素及其影响13-14

1.2.3 钛合金的分类14-16

1.2.4 钛合金的热处理与热加工16-17

1.3 钛合金探讨近况及进展方向17-20

1.3.1 钛合金的探讨近况17-19

1.3.2 钛合金的进展方向19-20

1.4 分子动力学概述20-25

1.4.1 分子动力学的进展20-21

1.4.2 分子动力学的基本模拟步骤21-22

1.4.3 分子动力学的模拟系统状态22

1.4.4 分子动力学模拟软件22-23

1.4.5 分子动力学的运用近况23-25

1.5 本论文的探讨作用和探讨内容25-27

第二章 分子动力学模拟的原理与策略27-40

2.1 分子动力学基本原理27-28

2.2 原子间作用势28-33

2.2.1 对势模型29

2.2.2 嵌入原子法29-30

2.2.3 势函数的选取30-32

2.2.4 势函数的验证32-33

2.3 分子动力学模拟策略33-36

2.3.1 温度制约33-34

2.3.2 压力制约34-35

2.3.3 积分算法35-36

2.4 分子动力学浅析策略36-39

2.4.1 温度与应力的计算36-37

2.4.2 径向分布函数37-38

2.4.3 Ackland晶体结构浅析策略38-39

2.5 本章小结39-40

第三章 低Al含量Ti-Al合金的相变行为模拟40-50

3.1 模拟历程40-41

3.2 结果与讨论41-48

3.2.1 相变历程中的内能变化41

3.2.2 相变历程中的点阵结构变化41-46

3.2.3 相变历程中的点阵结构切变46-47

3.2.4 α析出相的孪晶与缺陷浅析47-48

3.3 本章小结48-50

第四章 低Al含量Ti-Al合金的拉伸变形行为模拟50-60

4.1 模拟历程50-51

4.2 结果与讨论51-58

4.2.1 拉伸历程中的变形行为51-53

4.2.2 不同应变速率下的拉伸历程模拟53-54

4.2.3 不同温度下的拉伸模拟54-56

4.2.4 Al含量对拉伸历程的影响56-58

4.3 本章小结58-60

第五章 结论60-62