127 / 2021-04-09 11:17:45

循环载荷下镍基单晶高温合金疲劳力学性能及组织演变的分子动力学研究

分子动力学模拟，镍基单晶高温合金，循环变形，微结构演化

摘要：镍基单晶高温合金因其优异的力学性能被广泛应用于航空发动机涡轮叶片的制造，而叶片在恶劣的工作环境中经常发生低周疲劳破坏。本文采用分子动力学方法研究了镍基单晶高温合金在循环拉压载荷作用下的低周疲劳性能和变形机理，讨论了温度和应变速率对高温合金循环变形的影响。结果表明，在不同的温度范围内，存在三种不同的循环变形机制。在低温区，位错和层错剪切 γ' 相是主要的变形机制。在高温区，Orowan绕越和攀移是主要的变形机制。在中温区，变形机制由位错和层错剪切 γ' 相逐渐转变为绕越和攀移机制。模拟结果还表明，高温合金在初始循环硬化后表现出循环饱和阶段。循环饱和阶段是位错扩散和湮灭的动态平衡过程，这表明了高温合金具有优良的疲劳力学性能。随着应变速率的增加，位错密度和层错比例增加，导致合金更快达到循环稳定和拥有更大的饱和应力幅值。这些结果从微观的角度为理解高温合金的疲劳机理提供了重要的信息。