刘震

(贵州大学大数据与信息工程学院，贵州 贵阳 550025)

1 引言

得益于高性能计算机及其相应计算软件的飞速发展，计算材料科学逐渐成为开发新材料、改善材料质量以及发掘材料潜在性能的重要工具[1]。本文采用Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator(LAMMPS)分子动力学软件[2]研究了Ti3Al材料的快速凝固过程。通过LAMMPS模拟计算可以在一些被实验条件限制而难以达到预期效果的领域发挥意想不到的作用，比如凝聚态多体系材料的微观结构模拟，弥补了实验中物理量难以达到的缺陷。通过LAMMPS计算可以模拟材料在快速冷却、拉伸、冲击以及膨胀等情况下的微观结构变化，并通过对比实验数据，建立起微观结构与宏观性能之间的联系。

Ti-Al合金因其密度更低，更优异的高温比强度等性质被认为是替代镍基合金的理想材料[3-5]。根据Al含量的不同，常见的有TiAl3，TiAl，和Ti3Al三种合金，其中Ti3Al由于具有更高的比弹模量，高温下优异的机械性能和更强的抗氧化能力而被广泛应用。Pei等人[6]使用分子动力学模拟的方法研究了不同冷速对于Ti3Al合金的玻璃态与晶体的影响。王海龙等人[7]在对Ti3Al非晶合金拉伸晶化行为的分子动力学模拟研究中发现，晶化是由局部塑性变形引起的。夏继宏等人[8]研究了不同冷速条件对Ti75Al25合金的非晶形成过程的影响，结果发现液态合金非晶化的冷却速率为1013K/s；在冷速为1×1011K/s时液态合金形成六角密排立方晶体结构。

与实验方式相比，基于LAMMPS计算的分子动力学模拟具有不受实验条件限制的优势，且在快速冷却过程中可以对系统微观结构进行持续观察分析，有利于探究微观结构的演化过程。……