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分子动力学模拟镍基单晶高温合金的蠕变损伤行为及微结构演化

镍基单晶高温合金，蠕变损伤

镍基单晶高温合金作为先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料，叶片在长期高温、高压及高速运转等极端载荷作用下，由离心力作用所引起的蠕变损伤已成为限制此类构件使用寿命的重要因素^{[1, 2]}。本文采用分子动力学方法，建立了三种不同取向（（100），（110）和（111）三维立方结构原子模型，模拟了镍基单晶合金在不同取向、温度和载荷条件下的蠕变行为。通过对三种不同取向的原子模型在高温蠕变载荷作用下的模拟，结果发现无论何种取向，合金均具有优异蠕变力学性能。蠕变初始阶段，位错在基体相中启动，相界面处形成界面位错网。稳态蠕变阶段，主要是位错的增殖和湮灭，并使材料出现形变硬化与回复软化的动态平衡过程，这也是合金具有优异的蠕变力学性能的主要因素。对于同一取向的模型，随着温度升高，应力水平提高，合金的蠕变速率逐渐增大，这主要与不同载荷和温度条件下，基体与沉淀相界面的位错运动及位错网的损伤演化机制有关； 此外，由于取向不同，三种模型的错配度不同，导致位错滑移的阻力不同，也会引起不同取向镍基单晶合金模型抗蠕变性能的不同。