钛合金内裂纹愈合的机理研究

发布时间：2017-07-19 00:22

  本文关键词：钛合金内裂纹愈合的机理研究

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【摘要】：研究材料内部裂纹愈合的机理有助于对含有裂纹的材料进行性能改造,消除裂纹使其回收利用,具有重要的经济价值。而且通过了解裂纹愈合的机理我们也可以找出材料中裂纹可能产生的原因以及其扩散的方式。在材料的生产或者使用中可以为避免出现裂纹提供理论指导。本文利用分子动力学方法,模拟了单晶钛内部球形空洞在压缩变形条件下的愈合行为。模拟结果表明:在压缩条件下空洞处有位错产生,位错沿着密排面移动,并且位错伴随着层错带产生。通过位错的产生和运动,球型裂纹逐渐变小,最后消失。裂纹消失后,晶体中分布着位错网和小的空洞。正是由于位错的产生、运动和湮灭,使得裂纹中的空隙部分被转移,这是纳米尺度裂纹愈合的根本原因。为了研究压缩变形条件下晶界对纯钛内部球形空洞压实愈合的影响规律,本文通过建立压缩变形条件下含球形空洞的双晶钛模型,采用分子动力学方法,模拟比较了三组不同的空洞与晶界的位置关系,空洞远离晶界、空洞靠近晶界和空洞在晶界上的空洞愈合情况。结果发现:在压缩变形条件下,若空洞远离晶界,两端发射位错环,最易愈合;若空洞靠近晶界,只有一端发射位错环,愈合速度次之;若空洞在晶界上,不发射位错环,只是沿着两个不同晶粒的密排面发射线性位错,最难愈合。通过对应变、温度、应变速率、晶界对钛合金内裂纹愈合的影响研究指出:(1)随着应变增大,钛合金内裂纹处沿密排面向外发射位错,伴随着层错的出现,裂纹最后愈合;(2)温度对裂纹愈合速度的影响很大,并且此时裂纹的愈合机理主要为原子热扩散愈合机理和近距离的原子之间形成结合键的愈合机理;(3)大应变率导致了位错萌生以及之后发展的滞后也即应变速率的敏感性是位错的滞后导致的;(4)其他条件相同的情况下,应变速率大不利于裂纹的愈合。
【关键词】：裂纹愈合 分子动力学 压应力 位错
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 中文摘要6-7
• abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 金属材料内部裂纹研究概况11
• 1.2 金属材料内部裂纹愈合方法的研究现状11-14
• 1.2.1 热处理12-13
• 1.2.2 施加电能13-14
• 1.2.3 施加机械能14
• 1.3 内裂纹愈合过程形态演化研究现状14-15
• 1.4 裂纹愈合机理的研究现状15-19
• 1.4.1 晶界扩散愈合机理15-17
• 1.4.2 晶粒长大填充裂纹的愈合机理17-18
• 1.4.3 粘附机理18
• 1.4.4 位错扩散和与位错湮灭相关的愈合机理18-19
• 1.5 金属材料内部裂纹愈合研究存在的问题19
• 1.6 本文的主要研究内容19-20
• 第二章 分子动力学模拟及其在裂纹愈合中的应用20-29
• 2.1 材料的尺度范围20
• 2.2 分子动力学概述20-23
• 2.2.1 势函数的介绍21-22
• 2.2.2 边界条件22-23
• 2.3 分子动力学模拟的原理与方法23-26
• 2.3.1 分子动力学基本原理23
• 2.3.2 分子动力学模拟的系综23-25
• 2.3.3 分子动力学模拟的控制方法25-26
• 2.4 分子动力学模拟在裂纹愈合中的应用26-27
• 2.5 分子动力学及其后处理软件介绍27-29
• 2.5.1 Lammps介绍27-28
• 2.5.2 后处理软件Ovito介绍28-29
• 第三章 压力条件下纯钛内部裂纹的愈合形态及机理29-42
• 3.1 模型的建立29-30
• 3.2 单晶钛内部球形空洞的愈合机理30-35
• 3.2.1 模型与加载30
• 3.2.2 结果与讨论30-35
• 3.2.3 结论35
• 3.3 晶界对纯钛内部球形空洞压实愈合的影响机理35-40
• 3.3.1 模型与加载35-36
• 3.3.2 结果与讨论36-40
• 3.3.3 结论40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 钛合金内部裂纹的愈合形态及机理42-57
• 4.1 应变对钛合金内部裂纹愈合的影响机理42-48
• 4.1.1 模型与加载42-43
• 4.1.2 结果与讨论43-48
• 4.2 温度对钛合金内部裂纹愈合的影响机理48-52
• 4.2.1 模型48
• 4.2.2 边界条件48
• 4.2.3 温度条件的设置48
• 4.2.4 结果与讨论48-52
• 4.3 应变速率对钛合金内部裂纹愈合的影响机理52-53
• 4.3.1 模型与加载52
• 4.3.2 结果与讨论52-53
• 4.4 晶界对钛合金内部裂纹愈合的影响机理53-56
• 4.4.1 模型与加载54
• 4.4.2 结果与讨论54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 主要结论57
• 5.2 研究展望57-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韦东滨,韩静涛,谢建新,胡海萍,陈军,贺毓辛;金属材料内部裂纹高温愈合实验研究[J];北京科技大学学报;2000年03期

2 韦东滨,韩静涛,谢建新,胡海萍,贺毓辛;金属材料内部损伤愈合研究进展[J];材料导报;1999年06期

3 沈以赴，周本濂，何冠虎，姚戈，，鄢红春;材料疲劳恢复新途径的探索Ⅰ──低碳钢疲劳寿命的延长[J];材料研究学报;1996年02期

4 毕庆霞,任运来,聂绍珉;高温扩散改变微孔隙形态的研究[J];大型铸锻件;2003年02期

5 高英俊,刘慧,钟夏平;计算机模拟技术在材料科学中的应用[J];广西大学学报(自然科学版);2001年04期

6 张永军,韩静涛,韦东滨;金属内部微裂纹愈合内变量及其演化分析[J];钢铁研究学报;2004年02期

7 周亦胄,肖素红,甘阳,高明,何冠虎,周本濂;脉冲电流作用下碳钢淬火裂纹的愈合[J];金属学报;2000年01期

8 韦东滨,韩静涛,谢建新,付晨光,王连忠,贺毓辛;热塑性变形条件下钢内部裂纹愈合的实验研究[J];金属学报;2000年06期

9 韦东滨,韩静涛,谢建新,付晨光,王连忠,贺毓辛;真空环境下钢中裂纹的高温愈合[J];金属学报;2000年07期

10 张海龙,杨君刚,孙军;工业纯铁内部穿晶疲劳微裂纹的扩散愈合过程[J];金属学报;2002年10期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 赵中里;韩静涛;刘靖;刘紫薇;;Q235钢内裂纹亚温愈合处理的金属学分析及试验研究[A];2007轧钢与锻造过程中的裂纹控制技术学术研讨会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 韦东滨;金属材料内部裂纹愈合规律的研究[D];北京科技大学;2001年

2 吴玉蓉;稀土镁合金的热力学及固溶特性的理论模拟[D];湖南大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 张强;钛晶体塑性变形机制的分子动力学研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 刘渊;双晶铜晶界能及其结构稳定性的分子动力学模拟[D];南京理工大学;2012年

3 郑庆彬;碳纳米管/聚合物复合材料的计算机模拟研究[D];中国石油大学;2008年

4 张宁;纳米双晶铜单向拉伸力学行为的分子动力学模拟[D];华中科技大学;2008年

本文编号：560482