杨 利，芮执元，罗德春，剡昌锋

(1. 兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃 兰州 730050)



铌对单晶γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

杨 利1,2，芮执元1,2，罗德春1,2，剡昌锋1,2

(1. 兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃 兰州 730050)

为了研究微观尺度下铌元素对单晶γ-TiAl裂纹扩展过程的影响，运用分子动力学方法，建立γ-TiAl合金的晶体结构模型，模拟边缘裂纹扩展的过程，得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图，分析了铌元素对γ-TiAl能量和应力-应变关系的影响，进而揭示了铌元素对裂纹扩展的影响。研究结果表明：加入铌元素后，在相同的应变率条件下，试件的断裂时间延长，能量变化曲线有两个波峰并且出现明显的上下波动的现象；随着应变增加，应力先增大后逐渐减小；裂纹扩展缓慢，形成的断面不平滑，而且裂纹扩展的形态也发生变化。

铌； γ-TiAl合金； 分子动力学； 裂纹扩展； 能量

1 引 言

目前普通钛铝合金的主要缺点是室温塑性和断裂韧性较低，以及800℃以上抗高温蠕变和抗高温氧化性能较差[1-2]。高铌钛铝合金以其优越的高温强度和高温抗氧化性能已成为开发耐高温合金的重要发展方向[2]。加入铌(Nb)元素已经成为TiAl合金中提高抗氧化性非常有效的技术手段之一，γ-TiAl合金的成分也从最初的Ti-48Al-2Cr-2Nb逐渐发展到目前所用的Ti-45Al-(5～8)Nb[3]。要使γ-TiAl合金能够合理地被运用到实际工况中，必须了解Nb元素对其结构和性能之间的关系。……