30 / 2021-03-26 12:33:57

单晶/多晶镍力学性能的分子动力学模拟

单晶/多晶镍；拉伸；剪切；预制孔洞；分子动力学

整体叶轮结构由于具有结构简单、重量轻、高可靠性等优点，备受航空发动机研究者青睐。然而采用整体叶轮技术将不同性能指标的单晶镍涡轮叶片和多晶镍盘片连接为一个整体时，却带来了盘叶连接区高风险失效问题，严重制约了该技术的推广应用。为此本文采用分子动力学方法对整体叶轮双晶态连接区单晶/多晶镍（SPSNi）的力学性能进行了系统研究。研究结果表明：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，易于孔洞萌生，加剧了SPSNi突然断裂的风险。相比于单晶Ni，由于多晶Ni的加入，单晶/多晶Ni复合体的整体剪切应力水平有所下降，其剪切强度显著小于单晶Ni的剪切强度。不同晶态镍剪切变形进入塑性阶段后，出现类似于宏观材料颈缩现象，靠近颈缩区的原子发生局部错动、重排以及非晶化，易造成断裂。对比孔洞位置分布对SPSNi拉伸性能影响，在整体叶盘制备过程中，如果单晶/多晶复合体单晶一侧存在孔洞缺陷，更易导致整体叶盘盘叶结合区拉伸性能下降，从而增加整体叶盘突然断裂的风险。SPSNi对界面球形较小孔洞并不敏感，仍具有较好的力学性能。